介孔二氧化硅球形顆粒的制備與表征.pdf

1、由于二氧化硅球形顆粒在光子晶體、催化劑載體、色譜填料、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量等許多高新技術(shù)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景.該文用聚合誘導(dǎo)膠體團(tuán)聚法制備介孔二氧化硅球形顆粒,并對(duì)其形成機(jī)理及制備條件進(jìn)行了詳細(xì)研究.在二氧化硅溶膠中,通過(guò)尿素和甲醛在酸性條件下的縮聚反應(yīng),用聚合誘導(dǎo)膠體團(tuán)聚法(PICA)制備出單分散脲醛/SiO<,2>復(fù)合微球.對(duì)復(fù)合微球形成機(jī)理的研究表明,尿素和甲醛在酸性條件下自身聚合可以形成高分子微球,在SiO<,2>酸性溶膠中發(fā)生聚和反

2、應(yīng)時(shí),隨著反應(yīng)的進(jìn)行,齊聚物不斷生成,SiO<,2>膠體顆粒逐漸吸附在齊聚物分子鏈上,當(dāng)聚合物鏈達(dá)到沉淀臨界鏈長(zhǎng)時(shí),由于相分離作用,從前驅(qū)物溶液中析出,同時(shí)SiO<,2>膠體顆粒均勻的分布在脲醛聚合物網(wǎng)絡(luò)中,隨之沉淀出來(lái),形成脲醛/SiO<,2>復(fù)合微球.通過(guò)掃描電鏡(SEM)、光學(xué)顯微鏡研究了各種反應(yīng)條件如甲醛/尿素配比R、乙醇的含量Ve、pH值、反應(yīng)溫度等對(duì)脲醛/二氧化硅復(fù)合微球顆粒大小和形貌的影響.結(jié)果顯示:當(dāng)pH=0.3~0.8

3、,R=1~4,水溶液中乙醇體積含量(Ve)為10％~30%時(shí),可重復(fù)獲得平均粒徑約為4 μm的單分散復(fù)合微球.當(dāng)R<1時(shí)將導(dǎo)致微球產(chǎn)生破裂,而R>4時(shí)則生成凝膠狀物質(zhì);其他條件不變時(shí),微球形貌隨pH值的增大逐漸變差,最終破裂;乙醇含量增大時(shí),微球粒徑逐漸增大:而隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行,顆粒逐漸長(zhǎng)大,微球形貌不斷完善,表面逐漸平滑;反應(yīng)溫度的變化會(huì)得到更光滑的微球表面,微球粒徑隨之增大.結(jié)果發(fā)現(xiàn):二氧化硅膠體顆粒均勻分布于脲醛聚合物網(wǎng)絡(luò)中,煅

4、燒去除有機(jī)模板后微球表面變粗糙,而粒徑?jīng)]有明顯變化:pH值較小時(shí),復(fù)合微球中聚合物含量較大,而pH值較大時(shí),得到復(fù)合微球結(jié)構(gòu)松散,因此熱處理后的二氧化硅微球孔容及平均孔徑都較大,而在pH=0.8時(shí),得到最小值:隨著熱處理溫度的變化,小于160℃時(shí),空分布較窄,而比表面積較小,在350℃時(shí),由于有機(jī)模板的去除,微球孔結(jié)構(gòu)發(fā)生突變,比表面積明顯增大,而孔徑分布變寬,溫度繼續(xù)升高時(shí),二氧化硅網(wǎng)絡(luò)發(fā)生收縮,平均孔徑變小而比表面積由于有機(jī)炭化物的