一種多孔氧化硅及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于多孔無機材料合成領域，具體地說是一種多孔二氧化硅材料及其制備 方法。
【背景技術】
[0002] 多孔氧化硅材料在催化、吸附、分離、生物材料、能源與環(huán)境等領域具有廣闊的應 用前景。目前多孔氧化硅材料制備的技術已經(jīng)非常成熟，而且還在發(fā)展中，比如介孔二氧 化硅，也被稱作介孔分子篩材料就是一個研究熱點，制備出的種類也比較多，如M41S系列， SBA15等。介孔分子篩的合成需要表面活性劑，水、硅源、酸或堿等幾種物質(zhì)，其中表面活性 劑作為模板劑是最關鍵的因素。由于研究的比較深入，也提出了許多理論，比如液晶模板機 理，棒狀自組裝模型，電荷匹配機理，層狀折皺模型等。
[0003]此外還有大孔氧化硅，多級孔道氧化硅材料的合成制備也備受矚目，并且許多材 料已經(jīng)在工業(yè)的許多領域得到應用。CN102070152A功能化均粒多孔二氧化硅微球及其制 備方法和應用，公開了一種多孔二氧化硅制備方法。該專利預先制備均粒多孔聚合物微球， 如甲基丙烯酸脂肪、苯乙烯及其衍生物的單聚物或共聚物微球等，并對多孔聚合物微球進 行表面功能化處理，得到功能化均粒多孔聚合物微球；(2)把功能化多孔聚合物微球分散 在水溶液中，然后加入二氧化硅前驅(qū)體制備形成二氧化硅/聚合物中間復合微球；（3)將二 氧化硅/聚合物中間復合微球加熱除去聚合物，得到均粒多孔二氧化硅微球；(4)使用化學 試劑對均粒多孔二氧化硅微球進行表面修飾形成功能基團。但該方法由于使用的昂貴的有 機物模板，如苯乙烯及其衍生物的單聚物或共聚物微球，且操作步驟復雜，制備成本過高。
[0004] "利用粉煤灰制備多孔氧化硅的實驗"《現(xiàn)代地質(zhì)》（2006年20卷第4期）公開了 一種多孔氧化硅的制備方法。該方法利用相分離原理，以粉煤灰為原料經(jīng)硅鋁分離后制得 的硅酸凝膠，選用聚乙烯醇為造孔劑，硝酸為催化劑，制備出一種含有三級孔道的多孔氧化 硅。該材料的初級粒子為3iim左右的微球，大孔約1?2iim。但是該方法得到的氧化硅 的比表面積太小，只有12.03m2/g，應用領域較窄。
[0005] "木質(zhì)素三甲基季銨鹽為模板劑制備多孔氧化硅材料"《北京林業(yè)大學學報》（2011 年33卷第4期)公開了一種多孔氧化硅的制備方法。文章以木質(zhì)素三甲基季銨鹽為模板劑、 正硅酸乙酯為硅源，采用溶膠凝膠法和焙燒脫模法制備多孔氧化硅材料。該材料的孔徑主 要分布在2. 7?5.6nm，平均孔徑為21.4nm。但該方法在制備模板劑木質(zhì)素三甲基季銨 鹽時使用了大量三甲胺、環(huán)氧氯丙烷等有毒的有機試劑，制備成本高，并且操作環(huán)境惡劣。
[0006]CN1339329A-種大孔二氧化硅載體及其制備方法，公開了一種大孔二氧化硅載體 及其制備方法。該專利是先將堿金屬的無機鹽用去離子水溶解，配制成復鹽浸漬溶液；再用 第1步得到的浸漬溶液浸漬多孔基質(zhì)，然后干燥、焙燒制得大孔二氧化硅載體成品。該材料 的平均孔徑為30?600nm，但是當孔徑超過50nm后，其比表面積急劇降低，比表面積過低。
[0007]CN1113923A高孔隙度二氧化硅微粒子的制備方法，公開了一種多孔二氧化硅制備 方法。該專利是以普通硅膠為原料，采用酸堿在一定的溫度條件下腐蝕硅膠，比如在氫氟酸 中25度處理6小時。該方法類似于沸石酸堿后處理制造二次孔的過程，由于是酸堿腐蝕硅 膠造孔，必然引起硅元素的流失，且孔隙度越高，硅元素損失越多，不僅造成原料的浪費，也 會造成嚴重的污染。
[0008] 目前，現(xiàn)有的多孔氧化硅材料的制備方法，大多采用昂貴的有機物作為模板劑或 有機添加物，而且操作步驟也比較步驟，這些都造成材料的制備成本過高，阻礙了此類技術 從實驗室走向工業(yè)生產(chǎn)。并且現(xiàn)有技術在制備特殊材料方面還有待于提高，比如在粒徑大 小及形貌的控制，孔徑分布和孔徑大小的控制方法還有巨大的提升空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提供了一種多孔氧化硅及其制備方法。
[0010] 本發(fā)明提供的多孔氧化硅具有優(yōu)良的多孔性質(zhì)，制備方法簡單易行，生產(chǎn)成本低。
[0011] 本發(fā)明提供一種多孔氧化硅，具有如下特征：組成為無定形二氧化硅，顆粒大小為 10?20Iim，顆粒由30?60nm的二氧化娃初級粒子組成，比表面積為50?150m2/g，具有 等級孔分布特征，孔徑為10?50nm。
[0012] 本發(fā)明所述的多孔氧化硅的制備方法，包括以下步驟： (1) 將白炭黑與蒸餾水混合，然后在超聲條件下進行攪拌處理； (2) 在攪拌條件下，將無機堿加入到步驟（1)得到的混合物中至無機堿完全溶解，然后 對混合物進行干燥處理； (3) 步驟（2)所得混合物進行焙燒、洗滌和干燥處理后即為多孔氧化硅。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的合成方法，其中步驟（1)中所述的白炭黑為普通工業(yè)商品，優(yōu)選粒度 小于60nm的白炭黑。
[0014] 步驟（1)中所述的白炭黑與蒸餾水的質(zhì)量比為1 :100?10 :100,優(yōu)選3 :100?7 : 100。
[0015] 步驟（1)中攪拌處理時間為1?10h，優(yōu)選3?7h。
[0016] 步驟（2)中所述無機堿可以是Na0H、K0H、Li0H中的一種或幾種，優(yōu)選NaOH。
[0017] 步驟（2)中所述白炭黑與無機堿的質(zhì)量比為40 :1?10 :1，優(yōu)選30 :1?15 :1。
[0018] 步驟（2)中所述干燥處理溫度小于80°C，優(yōu)選小于70°C。
[0019] 步驟（3)中所述焙燒溫度為300?900°C，優(yōu)選500?700°C;焙燒時間為1?15h， 優(yōu)選3?IOh;所述洗滌為用去離子水洗滌至中性，所述干燥為在100?140°C條件下干燥 5 ?15h〇
[0020] 本發(fā)明提供的多孔氧化硅為具有一定形貌的多孔二氧化硅，可用作催化劑載體， 吸附劑，色譜柱填料，也可用作無機有機材料的合成模版。
[0021] 與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明提供的多孔氧化硅及其制備方法具有以下優(yōu)點： (1)本發(fā)明提供多孔氧化硅具有獨特的物化特性，其顆粒尺寸可以控制在10?20ym， 且粒徑分布均勻；孔徑分布為大孔-介孔均勻分布的等級孔，物質(zhì)擴散性能優(yōu)良。
[0022] (2)本發(fā)明多孔氧化硅及其制備方法簡單易行，最主要的特征是不使用昂貴有毒 的有機模板劑或添加劑，也不以昂貴的有機硅為硅源，所以生成成本低。
[0023] (