纳米氧化硅材料调研报告.docx

文档介绍：纳米氧化硅材料
调研报告
纳米氧化硅材料研究
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1= 1 =
纳米氧化硅（纳米白炭黑）作为国内最早实现规 模化生产的纳米材料，具有诸多常规材料所不具备的 奇异特性，因而受到了科技界与企业界的广泛关注。 纳米氧化硅为具题。在此基础上，大连理工大学的史非等尝试了一 种新的改性工艺，即用乙醇/TMCS/庚烷溶液对SiO2气凝胶进行改性 处理，结果更有利于获得大块的低密度SiO2气凝胶。
沉淀法
沉淀法也叫湿法，是由可溶性硅酸盐以酸分解，制得不溶性的 SiO2。其化学反应式为：
CaSiO3 + 2HC1 - CaCl 2 + SiO 2 + 2尚O
沉淀法生产工艺，其产量高，工艺简单，易形成规模生产，但产 品质量较气相法差。河北理工大学的张庆军等通过改进工艺、增加技 术环节，仍用本法制备了粒径小（平均粒径为35nm）、大比表面积（表 ）、高稳定性的纳米SiO?。李佳伦等改良沉 淀法后，生产的纳米SiO2可控制在15~20nm范围内，%， 物化性能超过国内同类产品，并且工艺流程短，原料价廉易得，设备 数量少，投资少，投产快等。
沉淀法是将反应物溶液与其它辅助剂混合，然后在混合溶液中加 入酸化剂沉淀，生成的沉淀再经干燥与煅烧得到纳米二氧化硅。此法 因其工艺简单、原料来源广泛而得到广泛地研究与应用，但其产品性 状难以控制的问题尚没得到较好的解决，所以目前对此法的研究重 点多为将其它控制手段与沉淀法结合，加强对反应及沉淀过程的控 制，使产品的性状得到改善。如何清玉等将沉淀过程置于超重力反应 器中，利用比地球重力大数百倍至千倍的超重力环境，强化微观混 合和传质过程，可使反应时间大大缩短，使制得的产品粒径小、粒度 分布窄。此外，亦可利用超声波等分散手段，使沉淀过程得到控制， 从而防止颗粒团聚，使产品性状得到改善。
溶胶-凝胶法
此法一般以硅酸盐或硅酸酯为前驱物溶于溶剂中形成均匀溶液， 然后调节pH值，使前驱物水解聚合形成溶胶。随着水解的进行，水 解产物进一步聚集形成凝胶，滤出凝胶再经干燥及煅烧，制得所需 的纳米二氧化硅粉体。此制备方法采用的前驱物中，正硅酸乙酯 (TEOS)因其水解及溶胶凝胶化过程易于控制而得到广泛研究。TEOS 的水解过程根据催化剂的不同可分成酸催化和碱催化，两者的催化 水解过程有一定的区别。在碱催化下，
TEOS的水解较完全，易于形 成球形粒子；在酸催化下，由于单体聚缩速率较大，水解反应过程易 发生线性缩合，形成三维空间网络结构而难以形成球形粒子。所以， 目前制备纳米二氧化硅的研究主要为碱性催化，吸附性能更优越的 酸性纳米二氧化硅的研究较少。
微乳液法
微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂、油、水组成 剂量小 的溶剂被包裹在剂量大的溶剂中形成一个个纳米级的、表面由表面活 性剂组成的微泡。微乳液法就是通过向由前驱物制得的微乳液中滴加 酸化剂或催化剂，使制备反应在微乳液泡内发生，利用微乳液使固 相的成核生长、凝结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴微泡内, 从而形成纳米球形颗粒，又避免了颗粒之间进一步团聚，易实现粉 体粒径的可控性生产。微乳液在整个制备过程中是作为一个微反应器 和模板，其制备效果对产品的质量起了关键作用。为了能够达到理想 的效果，配制微乳液所选取的表面活性剂的HLB(亲水亲油平衡值)应 该与微乳液中油相的HLB相匹配，同时，综合运用多种表面活性剂 可使微乳液更加稳定。此外，助表面活性剂和油相也起着十分重要的 作用，油的碳原子数加上助表面活性剂的碳原子数等于表面活性剂 的碳原子数是微乳液形成的最佳条件。如果采用高速搅拌器或超声波 等混合手段，更能在最短的时间内制得液滴最为均一且尺寸为纳米 级的微乳液。通过微乳液，再结合适当的后处理工序，将可以制得形 貌及粒径都较为均一的纳米二氧化硅粉体。如骆锋等以硅酸钠为前驱 体，以OP乳化剂为表面活性剂，正戊醇为助表面活性剂，环己烷为 油相制备微乳液，然后以浓硫酸为酸化剂得到白色沉淀，再经共沸 蒸馏、真空干燥与高温焙烧制得了 15 ~ 30nm的二氧化硅白色粉末。 此法在微乳液的基础上，采用了共沸蒸馏工艺脱去凝胶中残余的水 分，防止含水胶体在干燥过程中发生粉末硬团聚现象，使粉末的性 能得到了提高。
微乳液法作为一种新兴的制备方法，由于其具有纳米级的自装
配能力，易于实现粒径与形貌的可控性制备而引起众多研究者的兴 趣，成为近年的研究热点。但是由于其成本高、产品的有机成份难以 去除且易造成环境污染，而尚未在工业上广泛应用。为了实现工业化 生产，在工艺上尚需进一步研究，实现有机组分的分离与回收，以 及寻求有效的途径实现去除产品有机杂质的同时防止颗粒团聚等。
其他方法
随着研究的深入开展