硅胶的制备

背景及概述^[1]

硅胶是具有二维空间网状结构的一氧化硅干凝胶，属多孔性固体物质，孔分布范围广，具有很大的比表面，且具有一定的活性，广泛应用于工业生产中。硅胶是一种多孔性物质，它的良好化学惰性以及高吸附性能在工业上作为吸附剂，也作为催化剂载体、填充剂、柱层析吸附剂。对于用途不同的硅胶，要求具有不同的孔结构。

烷基化硅胶是以硅胶为骨架材料，通过表面硅烷化处理而在其表面接枝各种有机基团的一种功能材料，可作为水处理剂、气体吸附剂、吸附分离材料、催化剂和色谱担体等材料使用。在色谱领域，烷基化键合硅胶固定相是反向液相色谱分析方法应用的主要填料，其合成时由于空间阻碍等因素，封端技术不能完全消除硅醇基团的影响，导致在分析极性化合物物时，色谱柱的色谱峰变形脱尾。在水处理和吸附领域，硅胶通过表面改性，可接枝胺基、羧基、聚合胺、氰等官能基团而成为可吸附分离各种金属离子的吸附交换材料，并且可通过表面修饰对烷基化硅胶进一步进行改性。此外，烷基化硅胶可通过表面接枝和络合形成各种络合物固体催化剂。可见，由于烷基化硅胶的基体具有结构稳定、功能基易近性(底物分子可接近性)、优良的耐压和耐热性能，使烷基化硅胶在各种场合得到了广泛的应用。

烷基化硅胶制备^[1]

原料硅胶粒度40-60目，平均孔径11-12nm，表面积430m2/g，堆密度0.43g/mL；氯丙基三氯硅烷为偶联剂，分子式为Cl(CH2)3SiCl3，20℃条件下，比重r＝1.359-1.360；烷基化硅胶的合成方法和制备工艺如下：

1、活化硅胶的制备：将200克，粒度为40-60目的硅胶加入酸洗釜，加入800mL浓度为1mol/L的HNO3溶液，在沸点温度(泡点温度103℃)下煮沸6小时。酸洗步骤结束后，反应液立即用砂芯漏斗过虑，用纯水和甲醇依次洗涤硅胶，使其pH达到6，然后在烘箱中，于100℃下干燥至恒重。

2、水合硅胶的制备：将活化硅胶放入自制的密闭容器中，根据所需的硅胶含水量调节容器的工作温度处于55℃~60℃左右，使硅胶吸附水分达到吸附平衡，得到吸附水8％左右的水合硅胶。

3、烷基化硅胶的制备：

(1)将350mL经脱水处理的正己烷加入步骤2制备的水合硅胶中，搅拌，在真空条件下脱气5~10分钟。

(2)准确计量硅烷偶联剂95mL，加入到350mL经脱水处理的正己烷中，在混合器中和干燥气体保护下快速混合均匀。

(3)将步骤(2)所得的溶液加入到步骤(1)制备的硅胶中，在慢速搅拌和常温条件下反应16小时，然后反应物用砂芯漏斗过虑，依次用正己烷、纯水和甲醇洗涤，得到表面键合硅氧烷基团的烷基化硅胶。

(4)将上述烷基化硅胶放入真空干燥箱或烘箱内干燥，在80℃下干燥至恒重，得到烷基化硅胶。

经红外光谱、润湿性和孔结构测定表明制备的烷基化硅胶是成功的。以KBr压片作为参比，测定硅胶和烷基化硅胶的红外光谱。FTIR光谱图显示原料硅胶为典型无定形硅胶；烷基化硅胶的图谱与硅胶图谱明显不同，在2962.4cm-1、914.2cm-1、和698.2cm-1分别出现了C-H和C-Cl键的伸缩振动吸收峰，说明硅胶表面引入了碳链和氯原子。硅胶和烷基化硅胶的润湿角测定结果表明，硅烷化反应后，由于硅胶的表面覆盖了一层不浸水的有机物，使硅胶由亲水(0°)变为了憎水(90°)，极大地提高了烷基化硅胶材料的耐酸碱稳定性和抗水解能力。孔结构测定结果表明，烷基化反应后，硅胶的表面积和孔径都略有降低。

多孔活性硅胶制备^[2]

一种多孔活性硅胶制备方法，包括以下流程：

S1、备料阶段，选取足量的氧化镁、氯化钴、氯化钙固体原料与去离子水，接着按重量份数，准备3-5份表面活性剂，20-25份无水乙醇，18-22份硅酸钠，30-40份氯化铵溶液；

S2、制料阶段，先将氧化镁、氯化钴与氯化钙原料进行研磨加工，然后通过进行过筛，接着将氧化镁、氯化钴以及氯化钙粉状原料分别与去离子水混合，制取相应的氧化镁溶液、氯化钴溶液以及氯化钙溶液，氧化镁溶液与氯化钴溶液以及氯化钙溶液的相应份数为3∶4∶3，然后利用准备的表面氧化剂与去离子水混合制得0.1mol/L的表面活性剂溶液；

S3、凝胶阶段，将准备好的无水乙醇与表面活性剂溶液混合，再向混合溶液中加入硅酸钠，接着对混合材料进行轮搅拌，搅拌时间10-15min，然后对混合溶液进行水浴加热，温度控制在40℃-50℃，接着向混合溶液中添加预备的氯化铵溶液，氯化铵溶液的添加速率为1.5ml/min，然后向混合溶液中加入氧化镁溶液，并进行第二轮搅拌，第二轮搅拌作业的时间为40min，然后向混合溶液中依次添加氯化钴溶液和氯化钙溶液，并进行第三轮搅拌，第三轮搅拌的持续时间控制在25-30min，从而制得凝胶；

S4、洗胶加工阶段，向制得的凝胶中添加去离子水进行洗涤，洗涤时间30-40min，直至凝胶中的上层液达到澄清状态；

S5、干燥煅烧阶段，将凝胶放置到真空干燥机内进行干燥加工，再放置到500℃马弗炉中进行煅烧，即可制得多孔活性硅胶。

参考文献

[1][中国发明]CN200710054067.3一种烷基化硅胶的制备方法

[2][中国发明]CN202010464611.7一种多孔活性硅胶制备方法