簇球状硅酸锌微球及其制备方法

本发明涉及无机化工材料，具体而言涉及一种簇球状硅酸锌微球及其制备方法。

背景技术：

1、硅酸锌，化学式为zn2sio4，是一类含有有限硅氧基团的正硅酸盐。硅酸锌因其较稳定的化学性质、良好的化学适应性和较强的抗湿性等优异的物理化学性能，在涂料、釉料、荧光材料、油漆、涂层、催化剂载体、雷达技术、介孔分子筛等多方面均有着广泛用途，而在生物、医药方面则应用较少。

2、但其实，硅酸锌中的zn和si元素都是具有优异生物学功能的生物安全性元素，zn是人体必需的微量元素之一，zn离子能通过抑制细菌的糖酵解、跨膜质子易位等抑制细菌活性。除了良好的抗菌活性外，zn还可以通过促进破骨细胞的凋亡从而促进成骨，并能显著促进干细胞的增殖和成骨分化。si的促成骨矿化作用早在20世纪70年代就已被证实随着人类寿命的延长，且si元素能明显促进支架的成骨活性并调控其降解速率。除成骨活性外，研究表明si还能通过促进成血管相关基因vegf、hif-α等的表达从而促进血管生成。因此，硅酸锌在生物、医药领域也可能具有广阔的应用前景。此外，硅酸盐还可用于吸附和去除污水中的有机污染物和贵金属离子，并作为纳米反应器和生物传感器使用。

3、目前，可通过溶胶凝胶法、超临界水氧化技术、喷雾热解法、固相合成法和水热合成法制备棒状、针状、纺锤状和球状等不同形貌的硅酸锌，但获得的这些形貌存在均一程度不够的问题，从而限制了硅酸锌性能上的发挥，且制备工艺都较为复杂，限制了硅酸锌的进一步应用。

技术实现思路

1、本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种簇球状硅酸锌微球及其制备方法，采用水热合成法，通过在合成过程中加入表面活性剂，以提供形核位点和分散颗粒，并结合调控反应体系的ph，获得簇球状硅酸锌微球，从而实现硅酸锌更好的吸附和药物负载功能。

2、本发明第一方面涉及一种簇球状硅酸锌微球，采用表面活性剂为模板剂，可溶性锌盐溶液为锌源，有机硅或可溶性硅酸盐溶液为硅源，在碱性条件下经一步水热反应得到硅酸锌微球；其中，所述硅酸锌微球为由针状组装而成的簇球，且粒径分布均匀。

3、作为可选的实施方式，簇球状硅酸锌微球的直径为2～10μm，孔径为2～100nm。

4、本发明第二方面涉及一种前述簇球状硅酸锌微球的制备方法，包括以下具体步骤：

5、s1、将表面活性剂加入去离子水中，充分溶解均匀，得到表面活性剂溶液；

6、s2、向表面活性剂溶液中加入硅源，充分反应后再加入锌源，搅拌均匀，得到第一混合溶液；

7、s3、将第一混合溶液的ph调至强碱性，得到第二混合溶液；

8、s4、将第二混合溶液置于水热反应釜内进行水热反应，反应结束后冷却至室温，得到水热产物；

9、s5、将水热产物依次经洗涤、干燥处理，得到簇球状硅酸锌微球。

10、作为可选的实施方式，所述步骤s1中，表面活性剂与去离子水的质量百分比为(0:100)～(5:95)。

11、作为可选的实施方式，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂或阴离子表面活性剂。

12、作为可选的实施方式，所述阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵ctab和/或十二烷基三甲基氯化铵dtac；所述阴离子表面活性剂包括十二烷基硫酸钠sds和/或十二烷基苯磺酸钠sdbs。

13、作为可选的实施方式，在第一混合溶液中，硅源的浓度为1×10-5～9×10-5mol/l，锌源的浓度为2×10-5～1.8×10-4mol/l。

14、作为可选的实施方式，硅源为有机硅或可溶性硅盐溶液，锌源为可溶性锌盐溶液；其中，有机硅包括正硅酸乙酯，可溶性硅盐包括硅酸钠或硅酸钾，可溶性锌盐包括硝酸锌或乙酸锌。

15、作为可选的实施方式，所述步骤s3中，通过添加碱液将第一混合溶液的ph值调至10～12。

16、作为可选的实施方式，所述步骤s4中，水热反应的温度为120℃～240℃，反应时间为6h～48h。

17、与现有技术相比，本发明的显著有益效果在于：

18、本发明的簇球状硅酸锌微球，通过在合成过程中加入表面活性剂，以提供形核位点和分散颗粒，并结合调控反应体系的ph，控制粉体的形貌，获得组装完整、形貌均一、分散均匀的簇球状硅酸锌微球，从而实现硅酸锌更好的吸附和药物负载功能。

19、本发明采用一步法合成簇球状硅酸锌微球，制备方法操作简单、成本低廉、耗能低、工艺可控，具有工业化生产的应用前景。

技术特征：

1.一种簇球状硅酸锌微球，其特征在于，采用表面活性剂为模板剂，可溶性锌盐溶液为锌源，有机硅或可溶性硅酸盐溶液为硅源，在碱性条件下经一步水热反应得到硅酸锌微球；其中，所述硅酸锌微球为由针状组装而成的簇球，且粒径分布均匀。

2.根据权利要求1所述的簇球状硅酸锌微球，其特征在于，簇球状硅酸锌微球的直径为2～10μm，孔径为2～100nm。

3.一种权利要求1-2中任意一项所述的簇球状硅酸锌微球的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，表面活性剂与去离子水的质量百分比为(0:100)～(5:95)。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂或阴离子表面活性剂。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述阳离子表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵ctab和/或十二烷基三甲基氯化铵dtac；所述阴离子表面活性剂包括十二烷基硫酸钠sds和/或十二烷基苯磺酸钠sdbs。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在第一混合溶液中，硅源的浓度为1×10-5～9×10-5mol/l，锌源的浓度为2×10-5～1.8×10-4mol/l。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，硅源为有机硅或可溶性硅盐溶液，锌源为可溶性锌盐溶液；其中，有机硅包括正硅酸乙酯，可溶性硅盐包括硅酸钠或硅酸钾，可溶性锌盐包括硝酸锌或乙酸锌。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，通过添加碱液将第一混合溶液的ph值调至10～12。

10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，水热反应的温度为120℃～240℃，反应时间为6h～48h。

技术总结本发明提供一种簇球状硅酸锌微球及其制备方法，采用表面活性剂为模板剂、可溶性锌盐为锌源、有机硅或可溶性硅酸盐为硅源、在碱性条件下，经一步水热反应得到尺寸均一、组装完整的簇球状硅酸锌。本发明的簇球状硅酸锌微球是一种颇具潜力的生物、医用和吸附材料，有望在伤口感染、骨修复、药物负载和含染料废水处理等领域得到广泛应用，适宜进一步产业化应用。技术研发人员：邓繁艳,宁聪琴,陈金发受保护的技术使用者：上海师范大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2