Điều chế và ứng dụng nano-silica

Nano-silica là một vật liệu hóa học vô cơ, thường được gọi là “carbon đen trắng siêu mịn”. Nó là một vật liệu phi kim loại vô cơ không độc hại, không mùi và không gây ô nhiễm và là vật liệu vô cơ mới siêu mịn công nghệ cao. Kích thước từ 1 ~ 100nm, và nó có cấu trúc mạng ba chiều, dễ kết tụ và độ ổn định lưu trữ kém.

Điều chế nano silica

Hiện nay, việc nghiên cứu nano silica chủ yếu sử dụng natri silicat và ethyl orthosilicat làm nguyên liệu, còn nguyên liệu sản xuất công nghiệp chủ yếu là natri silicat giá rẻ.

• Phương pháp vật lý

Nó chủ yếu là nghiền thành bột cơ học. Silica hạt lớn được nghiền thành bột siêu mịn thông qua sự kết hợp của tác động, lực cắt, lực ma sát và các lực khác được tạo ra bởi máy nghiền bột siêu mịn. Sau đó, một thiết bị phân nhóm hiệu quả cao được sử dụng để tách các hạt có kích thước hạt khác nhau, để nhận ra tính đồng nhất và đặc trưng của sự phân bố kích thước hạt của bột nano-silica.

Quá trình sản xuất vật chất đơn giản, khối lượng sản xuất lớn, dễ kiểm soát quá trình sản xuất. Tuy nhiên, các yêu cầu đối với nguyên liệu thô cao hơn, và khi kích thước hạt giảm, các hạt kết tụ do tăng năng lượng bề mặt, và rất khó để giảm kích thước hạt của các hạt bột.

• Phương pháp hóa học

1.Phản ứng pha khí hóa học

Phương pháp này sử dụng các hợp chất organosilicon (như organohalosilanes, silan, v.v.), hydro và oxy hoặc không khí để trộn và đốt cháy. Sau khi các hợp chất organosilicon được đốt cháy ở nhiệt độ cao, chúng trải qua quá trình thủy phân ở nhiệt độ cao trong nước do phản ứng tạo ra để điều chế nano-silica.

Phương pháp phản ứng pha khí hóa học có kích thước hạt đồng đều, kích thước hạt nhỏ và hình cầu, sản phẩm có độ tinh khiết cao và ít nhóm hydroxyl bề mặt. Để phương pháp này có thể gây ra các phản ứng hóa học thì phải sử dụng phương pháp đốt nóng, bức xạ hoặc plasma để kích hoạt các chất phản ứng thành phân tử. Vì vậy, thiết bị sử dụng trong phương pháp này đòi hỏi yêu cầu cao, nguyên vật liệu sử dụng đắt, giá thành sản phẩm tương đối cao.

2.  Sự kết tủa

Phương pháp kết tủa là trộn dung dịch phản ứng với các chất phụ khác, sau đó thêm chất axit hóa vào dung dịch hỗn hợp để tạo kết tủa, kết tủa thu được được làm khô và nung để thu được nano silica.

Phương pháp kết tủa có quy trình đơn giản, nguyên liệu đa dạng và đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, nhưng vấn đề khó kiểm soát đặc tính sản phẩm của nó vẫn chưa được giải quyết.

3.  Phương pháp sol-gel

Phương pháp này thường sử dụng silicat hoặc silicat làm tiền chất để hòa tan trong dung môi tạo thành dung dịch đồng nhất, sau đó điều chỉnh giá trị pH để thủy phân và trùng hợp tiền chất để tạo thành sol.
Quá trình sol-gel dễ kiểm soát và đã được nghiên cứu rộng rãi, và sản phẩm thu được có diện tích bề mặt riêng lớn hơn. Tuy nhiên, khó giặt, yêu cầu cao về nguyên liệu và thời gian sấy quá lâu đã hạn chế việc sử dụng.

4.  Phương pháp vi nhũ tương

Bằng cách thêm từng giọt axitulozơ hoặc chất xúc tác vào vi nhũ tương được chuẩn bị từ tiền chất, phản ứng chuẩn bị diễn ra trong bong bóng vi nhũ tương và vi nhũ tương được sử dụng để giới hạn sự tạo mầm, phát triển, đông tụ và kết tụ của pha rắn thành một hình cầu nhỏ. Trong các hạt vi mô nhỏ giọt, các hạt hình cầu nano được hình thành, và tránh được sự kết tụ hơn nữa giữa các hạt và dễ dàng nhận ra sự sản sinh có thể kiểm soát được ở kích thước cơ thể.

Do khả năng tự lắp ráp ở quy mô nano, dễ dàng thực hiện việc chuẩn bị có thể kiểm soát được kích thước và hình thái hạt, điều này đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu và trở thành điểm nóng nghiên cứu trong những năm gần đây. Do giá thành cao, khó loại bỏ các thành phần hữu cơ và dễ gây ô nhiễm môi trường nên nó chưa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Biến đổi bề mặt của nano-SiO₂

Có một số lượng lớn các cơ sở ánh sáng silicon hoạt động trên bề mặt của nano-silica, với kích thước nhỏ và diện tích bề mặt riêng lớn nên dễ kết tụ. Đắp trực tiếp vào các vật liệu hữu cơ, vì nó khó xâm nhập và phân tán, và khả năng tương thích kém nên rất khó phát huy vai trò, điều này làm hạn chế ứng dụng công nghiệp của nó.

• Phương pháp vật lý

Phương pháp phủ bề mặt là một phương pháp sửa đổi trong đó bề mặt bị biến đổi và không có phản ứng hóa học với nano-SiO₂ , và lớp phủ và các hạt được kết nối với nhau bằng lực liên phân tử.

Sửa đổi xử lý nhiệt là một quá trình toàn diện, trong đó SiO₂ nano được đặt trên mặt sau của một môi trường nhất định để làm nóng, giữ nhiệt và làm mát, và hiệu suất được kiểm soát bằng cách thay đổi bề mặt hoặc cấu trúc bên trong của nano SiO₂ .

• Phương pháp hóa học

Rượu béo phản ứng với các nhóm hydroxyl trên bề mặt của SiO₂ để loại bỏ các phân tử nước. Các nhóm hydroxyl trên bề mặt của SiO₂ được thay thế bằng các nhóm alkyl, và rượu được sử dụng làm chất điều chỉnh.

Ứng dụng của Nano SiO₂

• lớp áo

Nano-silica có cấu trúc mạng ba chiều, có diện tích bề mặt riêng rất lớn, cho thấy hoạt tính lớn, có thể hình thành cấu trúc mạng khi lớp phủ được làm khô, và cải thiện sự huyền phù của sắc tố, có thể giữ màu của lớp phủ mà không lâu phai màu. Trong xây dựng, sơn tường nội thất và ngoại thất có khả năng tự làm sạch và bám dính rất tốt.

• Lĩnh vực chất kết dính / chất bịt kín

Trong lĩnh vực chất kết dính và chất bịt kín, nano-silica là một sản phẩm quan trọng với số lượng lớn và ứng dụng rộng rãi. Hiện tại, các sản phẩm keo và keo dán cao cấp trong nước chủ yếu dựa vào nhập khẩu.

• cao su

Nó có thể cải thiện sức mạnh, độ dẻo dai và tuổi thọ của các sản phẩm cao su. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng để làm đế cao su trong suốt, và loại sản phẩm này trước đây thường dựa vào hàng nhập khẩu.

• nhựa

Cải thiện độ dẻo dai, chịu lực, chống mài mòn, chống lão hóa của nhựa và cải thiện khả năng chống lão hóa của nhựa.

• Lĩnh vực dệt may

Bột hỗn hợp với tỷ lệ thích hợp giữa nano silica và nano titan dioxide là một chất phụ gia quan trọng giúp sợi chống bức xạ tia cực tím, đồng thời có thể tăng hiệu quả giữ ấm và giảm trọng lượng của quần áo.

• Lĩnh vực tác nhân kháng khuẩn / lĩnh vực xúc tác

Nano-silica trơ về mặt sinh lý và có tính hấp thụ cao. Nó có thể hấp thụ các ion kháng khuẩn để đạt được mục đích kháng khuẩn. Nó có thể được sử dụng trong sản xuất vỏ tủ lạnh và bàn phím máy tính.

• Nông nghiệp và thực phẩm

Có thể làm rau chín sớm hơn.

Nguồn bài viết: China Powder Network