【正文】 20 時，得出 當 H2O/TEOS4 時，凝膠化時間已明顯縮短；用水量進一步增大，凝膠化時間有變短的趨勢。實驗表明，當 pH10，凝膠產(chǎn)生時間明顯過長。因此，在水量不足的情況下，生成水解度最低的水解產(chǎn)物 (OC2H5)3SiOH，然后聚合成 (OC2H5)3SiOSi(OC2H5)3，如 果水量繼續(xù)增加，可導致 (OC2H5)3Si OSi(OC2H5)3進一步水解而得到鏈狀聚合物。 乙醇用量對凝膠時間的影響 乙醇的用量會影響到凝膠化時間，用量少凝膠化時間短，但是聚合效果不好，用量大，長時間不結(jié)膠，不利于實驗開展，所以適當?shù)囊掖剂坑欣趯嶒灥捻樌M行。 在 本章中 SiO2氣凝膠制備方法研究中，采用溶膠 凝膠法制備濕凝膠，選用稀硝酸作催化劑，并對成膠特性及影響因素進行研究。改性后的疏水納米二氧化硅還可以用來生產(chǎn)嚴格避水的光纖填充料 [26]。 對納米二氧化硅表面改性的機理是基于納米二氧化硅表面存在有羥基 ,相鄰羥基彼此以氫鍵結(jié)合 ,孤立的氫原子正電性強 ,易與負電性原子吸附 ,與含羥基化合物發(fā)生脫水縮合 9 反應(yīng) ,與硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng) ,與環(huán)氧化合物發(fā)生酯化反應(yīng)等。采用超重力法制備的納米二氧化硅粒子大小均勻，平均粒徑小于 30 nm。所以 ,目前制備納米二氧化硅的研究主要為堿性催化 ,吸附性能更優(yōu)越的酸性納米二氧化硅的研究較少。為了能夠達到理想的效果 ,配制微乳液所選取的表面活性劑的 HLB(親水親油平衡值 )應(yīng)該與微乳液中油相的 HLB相匹配 ,同時 ,綜合運用多種表面活性劑可使微乳液更加穩(wěn)定 [9]。 4 表 不同原料的二氧化硅的制備方法 原料 制備方法 二氧化硅 機械粉碎法、氟化法 有機鹵硅烷（如四氯化碳） 氣相法 、水解法 硅酸鹽（如硅酸鈉） 化學沉淀法、溶膠凝膠法、固相反應(yīng)法、微乳液法、超重力沉淀法 硅酸酯（如正硅酸乙酯） 溶膠凝膠法、微乳液法 稻殼 熱解法 硅溶膠 噴霧干燥法、沉淀法 硅灰石 溶膠凝膠法 粉煤灰 水解法 硅藻土 沉淀法 煤酐石 沉淀法 高嶺土 煅燒轉(zhuǎn)化法 埃洛石 酸析沉淀法 蛇紋石 凝膠法 鈣基膨潤石 噴霧干燥法 蛋白石 酸浸法 納米二氧化硅的制備方法 二氧化硅的制備按工藝可分為干法和濕法兩大類。 2 第 1 章 緒 論 納米材料 納米材料是指由極細晶粒組成，特征維度尺寸在納米量級 (1～ l00nm)的固體材料 [1]，是原子物理、凝聚態(tài) 物理、膠體化學、配位化學、化學反應(yīng)動力學和表面、界面科學等多種學科交匯而出現(xiàn)的新的學科。 關(guān)鍵詞： 納米二氧化硅 溶膠 － 凝膠法 制備 表征 Ⅱ Preparation and Characterization of Silica Nanoparticles Abstract： Nanosilica has large specific surface area . Its surface exists a large number of unsaturated bond and different bonding states of the hydroxyl. Silicon dioxide spherical particles are widely used in many fields of advanced technology, such as photonic crystals, catalyst supports, accurate ceramic material, rubber, coating material, chromatogram packing materials and high polymer posite etc. In this article, nanosilica was prepared by solgel method which used tetraethal orthosilicate as precursor. The most important physical and chemical processes of solgel method is that hydrolysis and condensation reactions will occur into the prase by the sol into a gel, but the hydrolysis reaction and polycondensation reaction is a pair of simultaneous petitive reaction. For a given system, the external conditions affecting the reaction kiics are many, hydrolytic polymerization conditions are the important factors affecting the polymer structure and size. In this paper, the amount of the solvent (water and ethanol), temperature and solution acidity on the impact of the solgel time were discussed. By infrared spectroscopy, Xray diffraction and differential thermal analysis characterized by silica solgel iron load and load Mo. Key words: nanosilica solgel method preparation characterization 1 引 言 納米材料的制備方法多種多樣，且隨著科技的發(fā)展，不斷會有新的方法被開發(fā)出來 。如何降低成本，使適合大規(guī)模生產(chǎn)等等。 納米二氧化硅的性能及應(yīng)用 納米二氧化硅 的 性能 圖 納米二氧化硅三維結(jié)構(gòu) 納米二氧化硅為無定型白色粉末，是一種無毒、無味、無污染的非金屬材料， 其微觀結(jié)構(gòu)近似球形 ,顆粒表面存在不飽和的殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基 ,其分 子狀態(tài)是三維 鏈 3 狀 結(jié) 構(gòu) [4]。 干法制備納米二氧化硅 干法生產(chǎn)工藝的原料一般采用有機鹵硅烷、氧 (或空氣 )和氫，在高溫下反應(yīng)制備納米二氧化硅。但是由于其成本高、產(chǎn)品的有機 6 成份難以去除且易造成環(huán)境污染 ,而尚未在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。霍玉秋等研究了正硅酸乙酯在堿的催化下與水反應(yīng)，通過水解聚合制備納米二氧化硅。如何清玉等 [17]將沉淀過程置于超重力反應(yīng)器中 ,利用比地球重力大數(shù)百倍至千倍的超重力環(huán)境 ,強化微觀混合和傳質(zhì)過程 ,可使反應(yīng)時間大大縮短 ,使制得的產(chǎn)品粒徑小、粒度分布窄。改性后的納米二氧化硅表面經(jīng)基數(shù)減少了 ,從而減少了納米二氧化硅與橡膠分子之間的氫鍵結(jié)合 ,防止了結(jié)構(gòu)化效應(yīng)的發(fā)生。如選用 SiCl4作母體原料，會引入大量的 Cl離子，去除大量的 Cl離子同樣比較麻煩。 （ 1）多晶 X 射線衍射實驗 （ XRD） 在北京普析 MASAL XD3 型 X 射線衍射儀上進行 XRD 測試，實驗參數(shù)為： Cu Kα輻射，管壓 36KV，管流 20mA，帶石墨單色器，連續(xù)掃描，掃描速度 4176。由于氣凝膠能基本保持其在凝膠態(tài)時的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不變，因此可以通過改變乙醇的用量來調(diào)節(jié)所期望的氣凝膠的密度，雖然使用過量的水也有類似的作用，但由于過多的水會因為與 TEOS 不完全互溶而沉于容器底部，所以不宜采用。因此考慮到反應(yīng)速度等因素，本實驗選用水解度為10~20。 Mo/SiO2 催化劑 XRD、 IR 表征 分析 4000 3500 3000 2500 2020 1500 1000 500Transmission(%)W av enum ber(c m1)ab345216411639345010891083796796 圖 Mo/SiO2催化劑的 IR譜圖 Fig. IR spectra of 15% Mo content Mo/SiO2 catalyst (a) SiO2, (b)15%Mo/SiO2 使用傅立葉變換紅外儀，對產(chǎn)品進行紅外光譜分析，光譜圖見圖 。當在其他條件不變的情況下，調(diào)節(jié)溫度分別為 30， 40，50， 60， 70， 80 時，得出 溫度的上升會引起凝膠時間變 短， 由于溫度的升高加速了反應(yīng)的進行，但是時間過短， SiO2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強化不好，時間過長，又不利于實際應(yīng)用 ，所以 40℃下老化比較適宜 。 20 結(jié) 論 本論文研究了 溶劑（水和乙醇）的用量，溫度及溶液酸度對溶膠凝膠化時間的影響 。所以在堿性條件下，溶液往往會產(chǎn)生混濁，大量硅酸的沉淀以及 SiO2 膠體顆粒的生成對溶膠網(wǎng)絡(luò)的形成很不利。由于在水解反 16 應(yīng)中，正硅酸乙酯 Si(OC2H5)4 中的一個 OC2H5 基團被 OH 取代后，剩余的 OC2H5 基團反應(yīng)活性低于開始時被取代的那個 OC2H5基團。本 章研究了溶劑（水和乙醇）的用量，溫度及溶液酸度對溶膠凝膠化時間的影響。 制備工藝的選擇 溶膠 凝膠法在材料的化學合成中有其獨到的優(yōu)越性，特別是在 SiO2 氣凝膠的制備工 13 藝中，國內(nèi)外一般是先用溶膠 凝膠法制備出 SiO2濕凝膠。如添加到二硝基 苯胺和尿素混合物中 ,