2微粒的影响'> 制备工艺对SiO2微粒的影响

摘 要：纳米SiO2是一种无机化工材料，目前国内外纳米SiO2的制备工艺研究较多，每种都有其独有的优点及难以避免的弊端。本文针对近年来国内纳米SiO2的制备工艺研究进展进行了整理归纳，对几种制备方法的特点进行分析和综述。

关键词：纳米SiO2；制备

中图分类号： O64 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）29-187-2

0 引言

纳米SiO2俗称白炭黑，是一种无味、无毒、无污染的无定形白色粉末，在涂料、医疗、橡胶、塑料、电子封装、新材料等领域有着广泛的应用。这是由其特殊结构所决定的，其微结构为球形，呈絮状和网状的颗粒结构，具有小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等独特的性质。纳米SiO2的制备方法一般有反相微乳液法、化学沉淀法、溶胶凝胶法、模板法等。

1 反相微乳液法

微乳液法是20世纪80年代由Boutonnet率先采用，并制备出了单分散的Pt、Pd等微粒。微乳液有水包油型、油包水型和油水双连续型。其中，油包水型被称为反相微乳液，制备纳米材料可以控制微粒的粒径和形貌，因此被人们用来制备纳米SiO2，以满足人们的需求。

范艳玲[1]等以NP-5/环己烷/去离子水为体系制备纳米SiO2，在三口烧瓶中加入NP-5和环己烷的混合溶液，持续搅拌，加入蒸馏水和正硅酸乙酯，反应完全后使用75%的丙酮破乳。经离心、洗涤、烘干最终得到产品。经检测，所制得的离子粒径在200-500nm之间。

王丽丽[2]等人通过实验，以NP-5为表面活性剂，用以制备纳米SiO2。四口烧瓶中先加入环己烷和NP-5，搅拌的同时再加入氨水，随后加入正硅酸乙酯，待其充分反应完全经离心、洗涤、烘干，最终得到成品，制得的微粒粒径为30-50nm之间且粒径均匀。

反相微乳液法制备纳米SiO2的优势在于它对微粒粒径有调控作用，操作简单。但开发环境友好型、低成本的表面活性剂和精细控制纳米粒子粒径和形貌问题，仍是目前所面临的难题。

2 化学沉淀法

化学沉淀法是一种将硅酸钠与无机酸混合反应，制备过程中加入适宜的表面活性剂，在合适的pH和温度下沉淀合成，再以适当温度煅烧后制得。

韩静香[3]等人以硅酸钠为硅源，氯化铵为沉淀剂，在pH为8.5，浓度为0.4moL/L的硅酸钠中，乙醇和水比例为1：8时，配置浓度为1.5moL/L的氯化铵溶液置于恒温磁力搅拌器上，控制温度为40℃，缓慢加入硅酸钠溶液，到达一定pH后继续搅拌反应1h，将所得沉淀用加入少量表面活性剂（CTAB）的乙醇水溶液离心后，置于烘箱保持温度100℃烘干并用马弗炉煅烧，最可制得粒径为5-8nm分散性好的无定形纳米SiO2。

严颖[4]等人以氢氟酸和石英砂为原料，采用沉淀法制备SiO2。首先将石英砂用氢氟酸溶解，为除去溶液中的杂质离子，需添加氨水，控制其pH，反应完全后酸洗沉淀物，烘干后置于马弗炉中煅烧即得到产品。经仪器分析指出，氨水的浓度对产品形貌有较大影响。

张龙[5]等人在四口烧瓶中加入硅酸钠溶液，持续搅拌的同时加入表面活性剂，然后再加入一定量的乙酸乙酯做沉淀剂，待反应完全后抽滤，多次洗涤，待干燥后，送入马弗炉煅烧以得到产品。通过改变反应条件，在最佳情况下制得的SiO2微粒粒径在400nm左右，且产率高达93%以上，微粒形状为球形。

经化学沉淀法制得的纳米SiO2其孔径形状，孔径分布可以得到有效控制；另外此方法的原料便宜，来源广泛，操作简单。但需要注意的是，采用化学沉淀法制备纳米SiO2对硅源有较高的要求。因此，原料的提纯加工方面需要很精细的工艺。

3 溶胶-凝胶法

溶胶凝胶法是目前纳米SiO2制备应用最为广泛的一种方法，其操作简单，反应条件温和，制备效果理想，是人们关注的热点。

申晓毅[6]等将异丙醇、蒸馏水、氨水，按一定比例混合均匀后置于烧瓶中，在微波反应仪中使其反应，启动搅拌器，升高温度使其达到60℃，使温度保持稳定，搅拌的同时逐滴加入TEOS，待反应结束后，将产物离心分离，干燥即得SiO2微粉，使用此方法得到的SiO2微粒粒径为规则均匀的球形，表面光滑，微粒粒径在150nm左右，SiO2微粒分散性良好。

王富平[7]等人将无水乙醇、TEOS加入三口瓶中恒温搅拌，再加入氨水和蒸馏水，通过反应，得到球形纳米粒子，再对得到的粒子进行改性。煅烧所得到的球形纳米SiO2，在三口瓶中，煅烧后的SiO2与甲苯混合均匀，将烧瓶移入油浴通N2，加入引发剂，在60℃恒温搅拌，将丙烯酸甲酯（MA）加入到三口瓶中，5h后得到改性的纳米SiO2粉末。由SEM分析可得，n（TEOS）：n（蒸馏水）：n（氨水）：n（EtOH）=1：5：3：23时制备的SiO2粒子粒径在180nm左右，分散均匀，且是球形粒子。并指出在反应过程中，加入硅烷偶联剂（KH-570）进行改性，随偶联剂的用量的增加，在红外光谱图中1400cm-1处出现峰值，表明亚甲基C-H键特征峰强度增加。表明有部分KH-570接枝到其表面，KH-570量的增加有利于其接枝。

溶胶凝胶法制备纳米级SiO2存在着对原料要求高，反应周期长等问题。研究人员也在努力解决这些问题。

4 模板法

模板法制备纳米微粒的优势在于，对形貌、尺寸的较高控制，可根据人们的需要，设计出相应的结构，以满足生产生活的需要。

受放射虫和硅藻骨架结构的启发，材料学家通过研究，制备出多种结构的SiO2材料。其中，周慧静[8]等以Sar-Na为模板剂，再加入一定量的EDTANa2搅拌，待混合均匀时加入TEOS和APMS的混合溶液，持续搅拌，反应充分后再经离心、洗涤、烘干，最后将产品置于550℃环境中烘焙，以除去杂质。最终得到具有辐射状突起的新颖形貌的介孔SiO2材料。通过仪器分析，得知所制备的介孔SiO2从球心到突起尖端在2-3.5μm之间。

如何对模板的有效清除和清除工艺中不对微粒的形貌产生影响，仍是模板法的难点所在。

5 结语

综上，各种制备方法有其特有的优势，但也存在着不可忽视的缺点。随着人们生产生活的需要，纳米SiO2将广泛地应用在各行各业，服务于大众。因此，在前人的基础上，更加深入地了解纳米SiO2微粒的形成原理，对现有的制备工艺进行改进乃至开发新的工艺，是当前发展的趋势。我们相信，在不久的将来，研究人员能解决现阶段所存在的问题，制备出性能更加优异纳米SiO2微粒。

参 考 文 献

[1] 范雅玲，刘根起，罗四辈.粒径可控纳米二氧化硅微球的制备[J].研究报告及专论，2015，9.

[2] 王丽丽，贾光伟，许ド.反相微乳液法制备纳米SiO2的研究[J].无机化学学报，2005，10.

[3] 韩静香，余利娟，翟立新，刘宝春.化学沉淀法制备纳米二氧化硅[J].硅酸盐通报，2010，29（3）.

[4] 严颖，周永恒.沉淀法制备高纯SiO2粉体[J].中国粉体技术，2015，8.

[5] 张龙，文彬.球形二氧化硅微粉制备新工艺[J].长春工业大学学报（自然科学版），2012，10.

[6] 申晓毅，翟玉春，孙毅等.球形二氧化硅微粉的微波辅助制备和表征[J].东北大学学报（自然科学版），2011，7.

[7] 王富平，李三喜，张文政.球形二氧化硅的制备与改性[J].当代化工，2010，39（1）.

[8] 周慧静，王金桂，史成香.动态模板法合成辐射生长的介孔二氧化硅材料[J].南开大学学报（自然科学版），2014.