浙江大学：《综合化学实验》课程教学课件（讲稿）溶胶凝胶法制备超细二氧化硅粉末

综合化学实验EKUNIN溶胶凝胶法制备超细二氧化硅粉末浙江大学化学系李宁指导教师

溶胶凝胶法制备超细二氧化硅粉末 浙江大学化学系 指导教师 李宁 综合化学实验

实验前阅读1.Stober,W.,Fink,A., Bohn,E.J. Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in theMicronSizeRangeJj.ColloidInterfaceSci.1968,26:622.Beek,S.J., Vartuli, J.C.,Roth, W.J.etal.Synthesis of nanosize silicaJ]J.AmChemSoc.1992.114:108343.Quanzhang,JackMiller,ZrO,/SiO,mixedoxidesascatalystsforalcoholdehydration.Applied.Catalyst sA:General,2001,209:L1~L64.ThomasJ.Pullukat,Raymond E.hoff,Silica-basedZiegler-NattaCatalyst s :A Patent,Review.Catalysis Reviews.1999,41:3905.马勇，陈宏书，张五龙等，溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅微球[，化学通报，2013，76（4）：3646.容智敏，章明秋，郑永祥等，纳米增韧增强聚丙烯的界面效应与逾渗[J]复合材料学报2002，19（1）：1

实验前阅读 1. Stober,W.,Fink,A., Bohn,E.J. Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in the Micron Size Range[J]. Colloid Interface Sci. 1968,26:62 2. Beek,S. J., Vartuli, J.C., Roth, W.J.etal. Synthesis of nanosize silica [J]. J.Am Chem Soc, 1 992, 114:10834 3. Quan zhang , Jack Miller , ZrO2/ SiO2mixed oxides as catalyst s for alcohol dehydration.Applied. Catalyst s A : General ,2001 ,209 :L1～L6 4. Thomas J . Pullukat , Raymond E. hoff ,Silica - based Ziegler - Natta Catalyst s :A Patent，Review. Catalysis Reviews. 1999 ,41 :390 5. 马勇，陈宏书，张五龙等，溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅微球[J]， 化学通报，2013，76（4） : 364 6. 容智敏,章明秋, 郑永祥等,纳米增韧增强聚丙烯的界面效应与逾渗[J]复合 材料学报, 2002，19（1） : 1

背景纳米Sio,为无定型白色粉未，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料。具有粒径小纯度高、密度低、比表面积大、分散性能好的特点广泛用于陶瓷、橡胶、塑料、涂料、颜料及催化剂载体等领域。光子晶体

背 景 纳米 SiO2为无定型白色粉 末，是一种无毒、无味、 无污染的无机 非金属材料。具有粒径小、 纯度高、密度低、比表面 积大、分散性能好的特点。 广泛用于陶瓷、橡胶、塑料、涂料、颜料及催 化剂载体等领域。光子晶体

表1 纳米Sio，的各项技术指标品名平均粒径（nm）纯度（%）比表面积（m/g）表面羟基（%）3615S-SiO2160+-5>99.92048P-SiO2640+-5>99.9注：S-Sio，是一种球状粒子P-Sio,是一种多孔状粒子

品名 比表面积(m/g) 表面羟基(%) 平均粒径 (nm) 纯度（%） S-SiO2 160+-5 36 15 >99.9 P-SiO2 640+-5 48 20 >99.9 表1 纳米SiO2 的各项技术指标 注:S - SiO2 是一种球状粒子; P – SiO2是一种多孔状粒子

纳米二氧化硅具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性。OHSi-OHHOSi-OHHO-0--0OHOHOHOHSi-O-Si-OHSi--SiSi-OH+5Si(OH)OH一OH-SSi-OH +OH-0--0-1OHOHOHOHSi-OHSi-OHHOHO-1OHOH

纳米二氧化硅具有三维 网状结构 ，拥有庞大 的比表面积 ，表现出 极大的活性

纯粹的纳米二氧化硅，表面上存在着大量的羟基基团，亲水性强，众多的颗粒相互联结成链状链状结构彼此文以氢键相互作用形成由聚集体组成的立体网状结构H硅斯统健更姚健合经茶

纯粹的纳米二氧化硅, 表面上存在着大量的 羟基 基团, 亲水性强, 众多的颗粒相互联结成链状 链状结构彼此又以氢键相互作用,形成由聚集体组成 的立体网状结构

优点：其表面硅羟基能作缺点：在这种立体网状结构中分为改性的桥梁，使sio,粒子实现功能化子间作用力很强，应用过程中很难均匀分散在有机聚合物中，颗粒的纳米效应很难发挥出来表面改性是提高纳米二氧化硅在复制备出多种性能优良、能在纳米材料中应用的功能合材料中的分散及应用性能的一种材料常用而有效的方法伟，陈建峰，李永生等，溶胶一凝胶法纳米二氧化硅原位改性研究[]材料科学与工艺，2005，13（1）41

毋伟, 陈建峰, 李永生等, 溶胶一凝胶法纳米二氧化硅原位改性研究[J],材料科学与工艺，2005，13（1）： 41 缺点：在这种立体网状结构中分 子间作用力很强, 应用过程中很 难均匀分散在有机聚合物中, 颗 粒的纳米效应很难发挥出来 表面改性是提高纳米二氧化硅在复 合材料中的分散及应用性能的一种 常用而有效的方法 优点：其表面硅羟基能作 为改性的桥梁，使SiO2粒子 实现功能化 制备出多种性能优良、能 在纳米材料中应用的功能 材料

制备方法物理法机械粉碎法·化学法化学气相沉积（CVD）法、水热法、离子交换法、沉淀微乳法溶胶凝胶(Sol-Gel)法

制备方法  物理法 机械粉碎法  化学法 化学气相沉积(CVD)法、 水热法、 离子交换法、 沉淀 微乳法 溶胶凝胶(Sol-Gel)法

溶胶一凝胶工艺是制备单分散Sio，球形颗粒的一种重要方法。该方法以金属醇盐或无机盐为前驱物，经水解缩聚反应过程逐渐凝胶化，最后经过一定的后处理（陈化、干燥）得到所需的材料。Stober等发现用氨作正硅酸乙酯（TEOS)水解反应的催化剂可以形成单分散的二氧化硅球形纳米颗粒StoberW.,Fink,A.,Bohn,E.J.ControlledGrowthofMonodisperseSilicaSpheresintheMicron SizeRange[J].Colloid Interface Sci.1968,26:62Beek,S. J., Vartuli, J.C., Roth, W.J.etal. Syntbesis of nanosize silica [J]J.Am Chem Soc,1 992,114:10834

溶胶—凝胶工艺是制备单分散 SiO2球形颗粒的一种重要方 法。该方法以金属醇盐或无机盐为前驱物，经水解缩聚反 应过程逐渐凝胶化，最后经过一定的后处理(陈化、干燥) 得到所需的材料。Stober等发现用氨作正硅酸乙酯(TE0S)水 解反应的催化剂可以形成单分散的二氧化硅球形纳米颗粒 Stober,W.,Fink,A., Bohn,E.J. Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in the Micron Size Range[J]. Colloid Interface Sci. 1968,26:62 Beek,S. J., Vartuli, J.C., Roth, W.J.etal. Syntbesis of nanosize silica [J]. J.Am Chem Soc,1 992,114:10834

SiOnH,O（左侧烧杯）和Fe(OH)（右侧烧杯）溶胶Tyndallphenomenon

SiO2 . nH2O (左侧烧杯)和 Fe(OH)3(右侧烧杯) 溶胶 Tyndall phenomenon