【正文】 ...................... 2 制備納米二氧化硅的原料 ............................................. 3 納米二氧化硅的制備方法 ............................................. 4 干法制備納米二氧化硅 ............................................. 4 微乳液法制備納米二氧化硅 ......................................... 5 溶膠凝膠法制備納米二氧化硅 ....................................... 6 超重力法制備納米二氧化硅 ......................................... 7 沉淀法制備納米二氧化硅 ........................................... 7 由稻殼提取高二氧化硅 ............................................. 8 納米二氧化硅的表面改性 ............................................. 8 改性納米二氧化硅的應(yīng)用 ............................................. 9 橡膠制品 ......................................................... 9 功能涂料 ......................................................... 9 塑料制品添加劑 ................................................... 9 改性納米二氧化硅在其他方面的應(yīng)用 ................................. 9 第 2章 實(shí)驗(yàn)部分 ....................................................... 11 實(shí)驗(yàn)材料與方法 .................................................... 11 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品 .................................................. 11 實(shí)驗(yàn)方法 ........................................................ 11 實(shí)驗(yàn)步驟 .......................................................... 12 母體原料的選擇 .................................................. 12 溶劑的選擇 ...................................................... 12 制備工藝的選擇 .................................................. 12 溶膠凝膠法制備 SiO2負(fù)載金屬 (Fe、 Mo)催化劑性能的研究表征 ......... 13 第 3章 結(jié)果與討論 ..................................................... 14 各種因素對制備二氧化硅氣 凝膠的影響 ................................ 14 乙醇用量對凝膠時間的影響 ........................................ 14 溫度對凝膠時間的影響 ............................................ 14 水解度對凝膠時間的影響 .......................................... 15 PH 對凝膠時間的影響 ............................................. 16 Fe/SiO2催化劑 XRD、 IR 表征 分析 .................................... 17 Mo /SiO2催化劑 XRD、 IR 表征 分析 ................................... 18 結(jié)論 ...................................................................... 21 致謝 ...................................................................... 22 參考文獻(xiàn) ................................................................. 23 Ⅰ 納米二氧化硅的制備與表征 摘 要： 納米二氧化硅的 比表面積大 , 表面存在大量不飽和殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基 ,納米 二氧化硅球形顆粒在光子晶體、催化劑載體、精密陶瓷材料、橡膠、涂料、色譜填料及高分子復(fù)合材料等許多技術(shù)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景。雖然納米二氧化硅已經(jīng)能夠批量生產(chǎn)，為其在實(shí)際生產(chǎn)的廣泛使用打下良好的基礎(chǔ)，但它作為一種高科技材料，仍然面臨著許多問題。 如今，納米材料的制備和性質(zhì)的研究已成為科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一個極具活力的熱點(diǎn)。納米材料具有三個共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （ 1）納米尺度的結(jié)構(gòu)單元或特征維度尺寸在納米數(shù)量級； （ 2）存在大量的界面或自由表面； （ 3）各納米單元之間存在著或強(qiáng)或弱的相互作用。 納米二氧化硅應(yīng)用于塑料中，利用它透光、粒度小的特性，可使塑料變得更致密，使塑料薄膜的透明度、強(qiáng)度、韌性和防水性能大大提高；納米二氧化硅應(yīng)用于橡膠中，利用它補(bǔ)強(qiáng)和抗色素衰減的特性，將其分散在橡膠中，使制出彩色橡膠成為可能，從而改變傳統(tǒng)橡膠的單一黑色；納米二氧化硅應(yīng)用于纖維中，可制成殺菌、防霉、除臭、抗靜電和抗紫外線輻射的布料，可用于制作抗菌衣物和強(qiáng)烈紫外線照射地區(qū)的著裝，滿足醫(yī)療和國防的需求；納米二氧化硅 應(yīng)用于涂料中，可提高其抗老化性能，其懸浮穩(wěn)定性、流變性、表面硬度、涂膜的自潔能力也都有顯著改善；納米二氧化硅應(yīng)用于生物技術(shù)領(lǐng)域中，可制出納米藥物載體、納米抗菌材料、納米生物傳感器、納米生物相容性人工器官以及微型智能化醫(yī)療器械等，這將在疾病的診斷、治療和衛(wèi)生保健方面發(fā)揮重要作用 [6]。 干法工藝制備的產(chǎn)品雖然具有純度高，性能好的特點(diǎn)，但生產(chǎn)過程中能耗大，成本高。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過聚集、氣固分離、脫酸等后處理工藝，得到的納米 SiO2，其原生粒徑在 7～ 40 nm 之間，比表面積在 100～ 400 m2/g之間。如果采用高速攪拌器或超聲波等混合手段 ,更能在最短的時間內(nèi)制得液滴最為均一且尺寸為納米級的微乳液 [11]。 溶膠凝膠法制備納米二氧化硅 該工藝是 以硅酸鹽或硅酸酯為前驅(qū)物溶于溶劑中形成均勻溶液 ,然后調(diào)節(jié) pH 值 ,使前驅(qū)物水解聚合形成溶膠。再將凝膠烘干，高溫處理，即得到尺寸可控，量大的白色非晶態(tài)納米SiO2粉體。 7 李德慧 [15]等在醇類有機(jī)溶劑中 ,以氨水為催化劑， TEOS在分散劑作用下水解 ,經(jīng)真空低溫冷凍干燥制得了單分散、球形實(shí)心、粒度分布極窄的高純納米二氧化硅顆粒。 沉淀法制備納米二氧化硅 沉淀法是將反應(yīng)物溶液與其它輔助劑混合 ,然后在混合溶液中加入酸化劑沉淀 ,生成的沉淀再經(jīng)干燥與煅燒得到納米二氧化硅 。在環(huán)境保護(hù)呼聲越來越高、能源日趨緊張的今天，新能源、新材料的開發(fā)勢在必行，本發(fā)明正填補(bǔ)了國家在該領(lǐng)域的空白。 改性納米二氧化硅的應(yīng)用 橡膠制品 [1821] 橡膠業(yè)是納米二氧化硅應(yīng)用的最主要的領(lǐng)域 ,其中鞋類、輪胎類制品用量最大。 1. 6. 4 負(fù)載催化劑載體 二氧化硅 由于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐高溫等特點(diǎn)，常被用作負(fù)載催化劑載體，使催化劑具有特定的物理性狀，而其本身不具有催化活性，常見的有二氧化硅負(fù)載鐵催化劑和二氧化硅負(fù)載鉬催化劑等等。所制得的溶膠放入恒溫干燥箱中常壓干燥使之轉(zhuǎn)化為透明干燥的 SiO2凝膠，然后將制得的 SiO2凝膠在 300℃ 焙燒，研磨成粉，制得納米 SiO2 。 溶劑的選擇 在溶膠 凝膠法中，通常是將醇鹽原料溶解在醇溶劑中，它們的作用區(qū)分為兩種情況： （ 1）醇鹽溶解在其母醇中，例如：正硅酸乙酯溶解在乙醇中； （ 2）醇鹽溶解在與其自身有不同烷基的醇中，例如：正硅酸乙酯溶解在甲醇中。然后用金屬鹽水溶液緩慢滴加到正硅酸乙酯的醇溶液中，將混合溶液在室溫下攪拌 1 h，制成溶膠，然后室溫下放置 1 d，在 40℃ 下老化 1 d，形成 凝膠。 稱取一定量 的 硝酸鐵 （ AR） 溶于 15 ml 去離子水中，在催化劑的制備中使用硝酸鐵水溶液緩慢滴加到正硅酸乙酯的醇溶液中，制備 Fe/SiO2催化劑。 表 乙醇用量對凝膠化時間的影響（ pH=3,Ethanol/TEOS=5） Table The effect of Ethanol/TEOS to gel time（ pH=3,Ethanol/TEOS=5） 樣品號 Ethanol/TEOS（摩爾比） 凝膠化時間 (h) A1 2 15 A2 4 20 A3 5 23 A4 6 30 A5 8 50 A6 16 300 可見在其他條件不變的情況下，乙醇用量的增大會引起凝膠化時間變長。 水解度對凝膠時間的影響 SiO2凝膠的生成是 TEOS 的水解和縮聚反 應(yīng)來完成的，因此，在反應(yīng)物原料配比中加入水量的多少將對凝膠化時間產(chǎn)生影響。從圖中可見，當(dāng) H2O/TEOS4 時，凝膠化時間已明顯縮短；用水量進(jìn)一步增大，凝膠化時間有變短的趨勢。 本實(shí)驗(yàn)用稀硝酸和氨水調(diào)節(jié)溶液的 pH 值，稀硝酸和氨水起著催化劑的作用。而在樣品中 SiOSi 中化學(xué)鍵的振動向低波速方向移動，在 1080 cm1的位產(chǎn)生一個很強(qiáng)的吸收帶，這也說明了 Fe 的加入產(chǎn)生了一定的影響。而在樣品中 SiOSi中化學(xué)鍵的振動向低波速方向移動，在 1083 cm1的位產(chǎn)生一個很強(qiáng)的吸收帶，這也說明了 Mo與載體之間存在著一定的作用。在堿性條件下， OH離子使 TEOS迅速發(fā)生水解反應(yīng)，并產(chǎn)生硅