一種空心玻璃微珠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案涉及細分散硅石的制備，具體地說是一種空心玻璃微珠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]中空微珠是一種特殊的球殼型材料，其大小在納米至數(shù)微米之間，內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，它的質(zhì)量輕、粒徑小、硬度高、渾圓度高、分散性和自熄性好，且具有隔熱、隔音、耐壓、耐磨、耐酸堿和耐火等性能，應(yīng)用前景廣闊。在高選擇性催化劑或催化劑載體、電催化、鋰電池、輕質(zhì)填料、低介電常數(shù)材料、可控藥物運輸和緩釋及疾病的診斷等方面已有應(yīng)用。作為一種特殊的的材料群體，單分散二氧化硅中空微球形狀較為均勻，微球直徑較小，最小可以達到數(shù)百微米，組成成分單一，表面易功能化，在光子晶體的自組裝、色譜填料、輕質(zhì)填料和耐火材料等各方面有重大的應(yīng)用價值。同時二氧化硅空心微珠還可以應(yīng)用在制備具有空腔封裝功能的化合物以及具有緩釋功能的藥物方面，從而在醫(yī)藥、醫(yī)療、人造細胞、疾病診治、防偽和香料諸多方面也能夠起到一定的作用。
[0003]目前，中空微球的制備逐漸成為人們關(guān)注的熱點，現(xiàn)有技術(shù)的中空微球的制備方法主要為模板法。模板法的基本原理可歸結(jié)為:用氣腔、膠粒、液滴或者微粒作為模板，通過沉積、吸附、凝聚、自組裝或者界面反應(yīng)的方法形成殼層。常用的制備無機中空微球的方法為模板法，所用模板分為硬模板和軟模板兩種。硬模板主要有聚苯乙烯微球、無機二氧化硅或者碳酸鈣粒子，軟模板主要有微囊、膠束、乳液滴或者氣泡。上述模板法的缺陷是:生產(chǎn)中常伴有毒副產(chǎn)物生成，不經(jīng)濟、不環(huán)保和不安全。生物模板法選用微生物為原料，無毒副產(chǎn)物生成，且經(jīng)濟、環(huán)保和安全，是一種制備具有特殊結(jié)構(gòu)材料的新方法。目前，該方法已經(jīng)在空心微球的制備中得到廣泛應(yīng)用，一般藻類、花粉、細菌和病毒等天然生物可作為生物模板。CN102874823A公開了以花粉粒為生物模板制備形狀均一的二氧化硅中空微球，所述的工藝方法以玫瑰花粉粒為生物模板制備二氧化硅中空微球。制備過程首先通過正硅酸四乙酯的水解縮合反應(yīng)在花粉粒的表面包覆硅凝膠，然后利用高溫除去模板，形成介孔二氧化硅中空微球，其缺陷是:①采用花粉作為原料，使所制得的產(chǎn)品受花粉本身質(zhì)量影響大，限制產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性；②需要控制花粉的破壁狀態(tài)等工藝，制備工藝及需要條件較為復雜，不利于工業(yè)化生產(chǎn)及高附加值產(chǎn)品的推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種空心玻璃微珠的制備方法，是以具有能發(fā)射遠紅外線功能的天然礦物材料加入到由處理過的藻細胞、正硅酸乙酯和堿催化劑配制的混合液中，經(jīng)過攪拌、陳化、離心、洗滌、烘干和煅燒的工藝處理，制得中空二氧化硅微球的生物模板法，該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的二氧化硅中空微球產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，制備工藝復雜，不利于工業(yè)化生產(chǎn)的缺陷。
[0005]本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種空心玻璃微珠的制備方法，具體步驟如下:
[0006]第一步，藻的制備:
[0007](1.1)培養(yǎng)藻:按BGll液體培養(yǎng)基的配方配好藻類培養(yǎng)液的母液，對該母液、實驗用的去離子水和藻接種過程中用到的玻璃器皿進行高溫高壓滅菌，待冷卻后按照BGll培養(yǎng)液的配比，將母液與去離子水定容混合配成藻培養(yǎng)液，將藻種移入裝有藻培養(yǎng)液的培養(yǎng)瓶中，最后將培養(yǎng)瓶放入人工氣候箱培養(yǎng)15?20天，培養(yǎng)溫度為25?35°C，光照強度1900?21001x，光照時間為10?15h，pH值為7.5?8.5，制得培養(yǎng)藻藻液，待用；
[0008](1.2)對藻進行脫水處理:配置濃度為3vol.%?5vol.%的固定藻用試劑的溶液和分別配置濃度為20vol.40vol.60vol.%和80vol.%的共溶劑溶液待用；用膠頭滴管吸取由(1.1)步制得的培養(yǎng)藻藻液，注入離心管內(nèi)，將離心管對稱放入離心機內(nèi)，兩兩平衡，以5000?7000r/min的轉(zhuǎn)速進行離心，離心5?7min后去除離心管內(nèi)上清液，重復上述操作直到收集到2?5mL的藻沉淀細胞，在留有藻沉淀細胞的離心管內(nèi)注入上述配置的濃度為3?5vol.%固定藻用試劑的溶液，混勾后靜置I?3h，將藻懸池液離心5?7min后去除上清液，然后在離心管內(nèi)注入去離子水并混勻，再次離心5?7min后去除上清液，重復清洗3次，所用轉(zhuǎn)速均為5000?7000r/min，在留有固定后的藻沉淀細胞的離心管內(nèi)加入上述配置的濃度為20vol.%的共溶劑溶液并混勻，脫水10?20min后離心3?7min，去除上清液后加入上述配置的濃度為40vol.%的共溶劑溶液并混勻，脫水12?17min后離心3?7min，去除上清液后加入上述配置的濃度為60vol.%的共溶劑溶液并混勻，脫水12?17min后離心3?7min，去除上清液后加入上述配置的濃度為80vol.%的共溶劑溶液并混勻，脫水12?17min后離心3?7min，再用無水共溶劑重復上述脫水和離心操作兩次，由此制得脫水處理過的藻；
[0009]第二步，具有能發(fā)射遠紅外線功能的天然礦物材料的性能優(yōu)化處理:
[0010]將具有能發(fā)射遠紅外線功能的天然礦物材料塊首先初步破碎成直徑在I?2_的小顆粒，待用，按質(zhì)量比為具有能發(fā)射遠紅外線功能的天然礦物材料:球磨球:共溶劑=1:3:1.5?2混合后倒入球磨罐中，以1000?1200r/min的轉(zhuǎn)速球磨2?3h，將此濕法球磨的產(chǎn)物放入烘箱中進行烘干，溫度設(shè)置為60?80°C，時間為6?8h，將烘干后的具有能發(fā)射遠紅外線功能的天然礦物材料進行煅燒，煅燒溫度為700?900°C ;將煅燒后的具有能發(fā)射遠紅外線功能的天然礦物材料過篩，取出粒度為300?100目的熱處理過的具有能發(fā)射遠紅外線功能的天然礦物材料待用；
[0011]第三步，空心玻璃微珠的制備:
[0012](3.1)配制基礎(chǔ)溶液:將2?4mL正硅酸乙酯與8?16mL共溶劑按1:4的體積比混合配制成A溶液，將I?5mL質(zhì)量百分比濃度為27%的堿溶液、4?20mL去離子水和3?15mL共溶劑按體積比為1:4:3的比例混合配制成B溶液；
[0013](3.2)制備中空二氧化硅微球:取(3.1)步配制好的8?40mL B溶液，向其中加入體積為3mL的第一步制得的脫水處理過的藻，超聲處理2?4min，保證藻細胞在溶液B中形成懸浮液，使藻細胞表面快速均勻地吸附水和堿，將該懸浮液放到磁力攪拌器上進行攪拌，將(3.1)步配制好的A溶液逐滴滴加到攪拌器上的懸浮液中，以保證形成的S12膠體粒子均勻包裹在藻細胞表面，形成一種混合液，在該混合液中添加0.2?0.4g熱處理過的具有能發(fā)射遠紅外線功能的天然礦物材料，在室溫下持續(xù)攪拌24?48h，室溫下陳化12?36h，以6000r/min的轉(zhuǎn)速離心收集產(chǎn)物，并用去離子水對產(chǎn)物進行離心洗滌，將所得產(chǎn)物進行烘干，溫度設(shè)置為40?60°C，再通過馬弗爐煅燒獲得中空微球，煅燒時升溫速率為2?40C /min，煅燒溫度為500?600°C，保溫時間為7?9h，由此制得中空二氧化硅微球即空心玻璃微珠。
[0014]上述一種空心玻璃微珠的制備方法，所述的藻為集胞藻、小球藻或色球藻中的I?3種。
[0015]上述一種空心玻璃微珠的制備方法，所述的固定藻用試劑為甲醛、乙醛或肉桂醛中的I?3種。
[0016]上述一種空心玻璃微珠的制備方法，所述的具有能發(fā)射遠紅外線功能的天然礦物材料為堇青石、莫來石、電氣石、鉻鐵礦或鋯英砂中的I?5種。
[0017]上述一種空心玻璃微珠的制備方法，所述的堿為濃氨水、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0018]上述一種空心玻璃微珠的制備方法，所述的共溶劑為乙醇、丙醇或丙酮。
[0019]上述一種空心玻璃微珠的制備方法，所用到的原材料均通過商購獲得，操作工藝是本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出的實質(zhì)性特點是:
[0021](I)本發(fā)明是一種以能發(fā)射遠紅外線功能的天然礦物材料加入到由處理過的藻、正硅酸乙酯和堿催化劑配制的混合液中，經(jīng)過攪拌、陳化、離心、洗滌、烘干和煅燒的工藝處理，制得中空二氧化硅微球即空心玻璃微珠的生物模板法，其