单分散二氧化硅颗粒的研究进展.pdf

第卷第期自然科学进展《年月单分散二氧化硅颗粒的研究进展关董鹏石油大学重质油加工国家重点实验室北京创摘要综述了单分散体系的形成条件和机理以及在粒度测试色谱催化光物理和智能材料等不同应用领域中的研究进展关键词单分散二氧化硅颗粒颗粒测试无孔色谱填料模型催化剂胶体晶体模型电流变液自从等人川提出了一种在醇介质中氨催化水解正硅酸乙醋来合成单分散二氧化硅的方法以来单分散二氧化硅已成为人们研究最多的单分散体系之一这不仅是因为这一方法所得到的颗粒单分散性好尺寸可控而且由于二氧化硅表面的硅轻基非常适合作为改性的桥梁使其功能化不断发展着的改性技术为其日益扩展的应用领域提供了新的机会本课题组研究单分散二氧化硅数年来进行了以方法为基础的单分散体系的制备研究特别是以拓宽颗粒粒径的选择范围和提高单分散性为目的较深人地考察了单分散体系的形成条件机理和动力学并据此发展和完善了一种连续法生长单分散颗粒技术「目前可以选择合成的粒径范围从数十纳米到脚图对于粒径颗粒粒径分布的标准偏差可控制在以内反应体系的最终分散相浓度可达为了开拓单分散二氧化硅的应用领域与合作单位一道先后用几仇仇仇和脂链氨丙基和磺化酞蓄铜等对颗粒或颗粒的聚集体进行了表面改性同时在对胶体粒子进行微结构研究的基础上提出了一种用水热方法将胶粒表面微孔封闭的技术这些功能化处理后的颗粒和颗粒体系已用于不同的应用领域如作为无孔高效快速色谱填料重油加氢模型催化剂单分散电流变液胶体晶体及其光学效应研究等此外还考察了将这种颗粒作为校验粒度仪的标准粒子或参照粒子的可能性单分散颗粒的制备基础单分散体系的形成过程是对条件十分敏感而又受多种复杂因素制约的多维动态过程包括曲方法在内的某些机制至今尚未被认识因此单分散颗粒的制备常被视为一种技艺至今多局限在化学家的实验室难以达到批量制备规模为了改善这一状况我们对单分散二氧化硅制备中的几个关键性的基础问题做了较深入的探讨包括正硅酸乙醋水解和硅酸缩合动力学方程的确立单分散颗粒生长机制和新核产生的边界条件通过这些工作在一定程度更荞伪收稿望尧收修改稿国家自然科学基金批准号叫芜翻拓粼和高等学校博士点专项基金编号侧只资助项目自然科学进展第卷叫尸图几种不同尺寸的单分散二氧化硅照片上减少通常在制备单分散体系时的不确定性以形成单分散溶胶为目的的正硅酸乙醋水解和硅酸缩合动力学, 单分散二氧化硅形成所遵循的化学反应是硅酸醋的水解和硅酸的聚合其化学反应式可简写为玩姚虽然人们对这一反应并不陌生特别是随着溶胶凝胶法在先进陶瓷制备方面的进展其反应动力学也已被研究过但是以形成单分散溶胶为目的的上述反应在反应条件和反应方向上与溶胶凝胶法有实质上的区别后者的动力学数据无法延伸到前者范围研究表明正硅酸乙醋水解是反应的控制步骤一旦制备体系中正硅酸乙醋的供应量超过其水解能力将导致体系单分散性的破坏为了有效地控制单分散体系的形成过程把握住水解和缩合速度是首要条件我们用萃取冷冻分离气相色谱法和电导监测法求得了正硅酸乙醋水解和硅酸缩合反应速率常数和并且在较宽的制备条件范围内回归得出下面两个非常实用的动力学方程式‘、二爵丛〔、〔、、一‘、二夕箫、〕〔、一利用两式不仅可以计算任何常用制备单分散体系条件下正硅酸乙醋和单硅酸的消失速率而且为考察上述反应与单分散二氧化硅生长速率之间的关系创造了条件颗粒生长机制和新核产生规律陈在硅酸聚合过程中可分为成核与核心生长两个