一種毫米級(jí)多孔二氧化硅球及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多孔材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種毫米級(jí)多孔二氧化硅球及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔材料是目前材料科學(xué)發(fā)展較為迅速的一種材料，這類材料具有孔道多、結(jié)構(gòu)空曠、表面積大等特點(diǎn)，性能優(yōu)良?？椎捞卣魇嵌嗫撞牧系闹匾卣?典型的孔結(jié)構(gòu)有兩種:一種是由大量多邊形孔在平面上聚集形成的二維結(jié)構(gòu)，另一種是是由大量多面體形狀的孔洞在空間聚集形成的三維結(jié)構(gòu)。
[0003]多孔二氧化硅材料由于其具有不同等級(jí)尺度的孔道結(jié)構(gòu)、高的比表面積和孔體積等優(yōu)點(diǎn)，在催化、吸附、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，一直以來成為多孔材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。許多工業(yè)應(yīng)用要求材料具有多的小孔和低密度的同時(shí)，也要求材料在一定的范圍內(nèi)具有良好的機(jī)械性能。目前使用的傳統(tǒng)多孔二氧化硅大都在微納米尺度，合成方法較為成熟，但也存在一些未解決的問題，如形貌和尺寸較難控制、操作程序復(fù)雜等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種毫米級(jí)多孔二氧化硅球，使多孔材料中多級(jí)孔道均勻分布，以提高多孔材料的表面積，并保證其具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和抗變形能力。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種毫米級(jí)多孔二氧化硅球的制備方法，在(W/0)體系中，以含有介孔氧化硅囊泡的TEOS膠體，通過自組裝原理合成毫米級(jí)輕質(zhì)高強(qiáng)多孔二氧化硅球，并且通過改變攪拌速率實(shí)現(xiàn)粒子尺寸的調(diào)控。
[0006]—種毫米級(jí)多孔二氧化硅球，其是以聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物和十六烷基三甲基溴化銨為模板劑、正硅酸乙酯為硅源，在液體石蠟/水體系中自組裝合成；毫米級(jí)多孔二氧化娃球是粒徑為0.2?3mm的多級(jí)孔球形顆粒，孔徑分布為2?60nm。
[0007]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述的毫米級(jí)多孔二氧化硅球的堆積密度為0.15?0.50g/Cm30
[0008]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述的毫米級(jí)多孔二氧化娃球比表面積為400?900m2/g;硬度449?720MPa;彈性模量為8.189?11.324GPa。
[0009]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述的聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物采用普蘭尼克F127。
[0010]—種制備毫米級(jí)多孔二氧化硅球的方法，該方法包括以下步驟:
[0011]I)制備二氧化硅膠體:將聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物和十六烷基三甲基溴化銨溶于去離子水和無水乙醇中并攪拌至澄清溶液，加入正硅酸乙酯，攪拌均勻，然后加入濃鹽酸，攪拌過夜后，獲得二氧化硅膠體；
[0012]2)制備毫米級(jí)多孔二氧化硅球前驅(qū)體:在步驟I)的二氧化硅膠體中加入介孔氧化硅囊泡，攪拌均勻后溶液由無色變成白色粘稠液體，得到毫米級(jí)多孔二氧化硅球前驅(qū)體；
[0013]3)制備毫米級(jí)多孔二氧化硅球:在反應(yīng)器中加入液體石蠟將上述所得前驅(qū)體逐滴滴入液體石蠟中，在50?70°C水浴恒溫條件下快速攪拌進(jìn)行懸浮聚合反應(yīng)，反應(yīng)完成后過濾，將得到的固體球粒洗滌后烘干，最后在馬弗爐中煅燒除去模板劑聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物和十六烷基三甲基溴化銨，得到毫米級(jí)多孔二氧化硅球。
[0014]進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明所述聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物采用普蘭尼克F127，濃鹽酸的質(zhì)量濃度為37.5%。
[0015]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述的聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物、十六烷基三甲基溴化銨、正硅酸乙酯、H2O、無水乙醇、37.5 %濃鹽酸的摩爾比為(I?6):(18?43):(420?890):2777:1715:40
[0016]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述的步驟2)中介孔氧化娃囊泡的添加量為0.5?10g。
[0017]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述步驟3)中，懸浮聚合在60°C恒溫水浴中進(jìn)行，攪拌速率為100?1200rpm，反應(yīng)時(shí)間為10-15小時(shí)。
[0018]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述步驟3)中，固體球粒用丙酮與去離子水交替洗滌，干燥溫度為60°C，馬弗爐中煅燒的溫度為650°C，煅燒時(shí)間為3h。
[0019]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于:
[0020]1.本發(fā)明所述的毫米級(jí)多孔二氧化硅球具有多級(jí)孔道分布，均勻性好，比表面積較大，有很高的機(jī)械強(qiáng)度和抗變形能力，低表觀密度，是一種可以滿足工業(yè)上對(duì)材料密度和強(qiáng)度的要求輕質(zhì)高強(qiáng)材料；
[0021]2.本發(fā)明所述的毫米級(jí)多孔二氧化硅球在載藥、吸附、燃料電池和傳感器等方面具有更廣泛的應(yīng)用前景；
[0022]3.本發(fā)明制備毫米級(jí)多孔二氧化硅球的方法是在(W/0)體系中，以含有介孔氧化硅囊泡的TEOS膠體，通過自組裝原理合成毫米級(jí)輕質(zhì)高強(qiáng)多孔二氧化硅球，并且通過改變攪拌速率可以實(shí)現(xiàn)粒子尺寸調(diào)控。
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得到的毫米級(jí)多孔二氧化硅球的宏觀照片及粒度分布圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所得到的毫米級(jí)多孔二氧化硅球的宏觀照片及粒度分布圖；
[0026]圖3為實(shí)施例1的所得到的毫米級(jí)多孔二氧化硅球與介孔氧化硅囊泡的掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)圖，其中(A)和(B)分別表示毫米級(jí)多孔二氧化硅球1μm和10nm距離的掃描電子顯微鏡圖，(C)表示毫米級(jí)多孔二氧化硅球的透射電子顯微鏡(TEM)圖，(D)表示介孔氧化硅囊泡的透射電子顯微鏡(TEM)圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的所得到的毫米級(jí)多孔二氧化硅球荷載-位移曲線圖；
[0028]圖5-圖6為實(shí)施例1所述的毫米級(jí)多孔二氧化硅球在77K氮?dú)鈼l件下納米壓痕部位的描電子顯微鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明所述的毫米級(jí)多孔二氧化硅球是以聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物和十六烷基三甲基溴化銨為模板劑、正硅酸乙酯為硅源，在液體石蠟/水體系中自組裝合成；毫米級(jí)多孔二氧化娃球是粒徑為0.2?3mm的多級(jí)孔球形顆粒，孔徑分布為2?60nm。
[0030]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述的毫米級(jí)多孔二氧化硅球的堆積密度為0.15?0.50g/Cm30
[OO31 ]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述的毫米級(jí)多孔二氧化娃球比表面積為400?900m2/g;硬度449?720MPa;彈性模量為8.189?11.324GPa。
[0032]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述的聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物采用普蘭尼克F127。
[0033]—種制備毫米級(jí)多孔二氧化硅球的方法，該方法包括以下步驟:
[0034]I)制備二氧化硅膠體:將聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物和十六烷基三甲基溴化銨溶于去離子水和無水乙醇中并攪拌至澄清溶液，加入正硅酸乙酯，攪拌均勻，然后加入濃鹽酸，攪拌過夜后，獲得二氧化硅膠體；
[0035]2)制備毫米級(jí)多孔二氧化硅球前驅(qū)體:在步驟I)的二氧化硅膠體中加入介孔氧化硅囊泡，攪拌均勻后溶液由無色變成白色粘稠液體，得到毫米級(jí)多孔二氧化硅球前驅(qū)體；
[0036]3)制備毫米級(jí)多孔二氧化硅球:在反應(yīng)器中加入液體石蠟將上述所得前驅(qū)體逐滴滴入液體石蠟中，在50?70°C水浴恒溫條件下快速攪拌進(jìn)行懸浮聚合反應(yīng)，反應(yīng)完成后過濾，將得到的固體球粒洗滌后烘干，最后在馬弗爐中煅燒除去模板劑聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物和十六烷基三甲基溴化銨，得到毫米級(jí)多孔二氧化硅球。
[0037]進(jìn)一步的方案中，本發(fā)明所述聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物采用普蘭尼克F127，濃鹽酸的質(zhì)量濃度為37.5%。
[0038]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述的聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(F127)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、正硅酸乙酯(TEOS)、H2O、無水乙醇、37.5 %濃鹽酸的摩爾比為(I?6):(18?43):(420?890):2777:1715:40。
[0039]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述的步驟2)中介孔氧化娃囊泡的添加量為0.5?10g。在本發(fā)明中所采用的介孔氧化硅囊泡合成方法在此前已經(jīng)向?qū)＠诌f交了發(fā)明專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?CN103922347A。
[0040]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述步驟3)中，懸浮聚合在60°C恒溫水浴中進(jìn)行，攪拌速率為100?1200rpm，反應(yīng)時(shí)間為10-15小時(shí)。
[0041]進(jìn)一步的方案，本發(fā)明所述步驟3)中，固體球粒用丙酮與去離子水交替洗滌，干燥溫度為60°C，馬弗