一种介孔二氧化硅微球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种介孔二氧化硅微球及其制备方法和应用，具体步骤如下：由硅酸盐制备纳米硅溶胶，经与脲醛共聚成球、高温烧结，再进一步通过酸碱溶液处理，制备出一种微孔少、孔径分布窄、强度高的介孔二氧化硅微球，在上述二氧化硅微球基础上，采用气固合成反应进一步键合一系列硅烷固定相，得到的色谱固定相具备以下特点：微孔少，强度高，耐碱洗，收率高等特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种介孔二氧化硅微球及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及色谱填料
，尤其涉及一种介孔二氧化硅微球及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]色谱/层析技术是现代工业中最重要、最有效的物质分离技术之一，其条件温和、适用范围广，可以对复杂组分进行分离纯化。其原理是当流动相推动混合样品中的各组分在色谱填料填充的色谱柱中迁移时，各组分在两相中进行连续反复多次分配，出现差速移动，形成时间差异，达到从色谱柱中先后洗脱、分离的目的。高纯度、高活性的生物制品制造基本都是依赖色谱层析技术和色谱层析填料，生物医药行业的迅速发展带动色谱填料需求的大量增长。
[0003]以介孔二氧化硅为基质的色谱固定相，在同时具有稳定的物化性质、极强的吸附能力、良好的生物相容性、易分离和多孔结构的硅胶特性外还由于其表面附带不同的功能化基团、使其广泛用于生物医药的色谱纯化制备。近年来随着多肽类化合物、寡核酸类化合物以及多糖类物质在医药、食品添加剂和化妆品添加剂等方面应用的快速发展和纯度要求的提高，亟需满足这类物质纯化分离的硅胶基质的反相色谱填料。基于这类物质的特点和分离纯化的工艺需求，所使用的色谱填料需要具备以下特点：粒径均匀，耐磨耐压，耐腐蚀（耐碱、耐高盐），耐污染，较好的分离效果和较高的上载量。根据多年的研究经验，我们发现上述这些性能与硅胶骨架中的微孔数量有着紧密的关联；并且由于制备色谱的载样量与孔隙率及比表面关系紧密，在保障耐压、耐腐蚀、耐污染和分离效果的同时，还要尽可能提高孔隙率和比表面。
[0004]中国专利申请20101056728.6于2010年12月公开了一种功能化均粒多孔二氧化硅微球制备方法及其应用，包括预先制备多孔聚合物微球，加入二氧化硅前驱体，加热去除聚合物，表面修饰等工艺。此类模板法制备二氧化硅，虽然可以得到均匀的粒径，但具有成本高、工艺路线过长、微孔多、收缩比例大等问题，不适合大规模生产。
[0005]美国专利US4011096和日本专利60
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071515公开了一种二氧化硅微球的制备方法，将水玻璃或硅溶胶分散乳化到含有表面活性剂的有机分散介质中，控制分散体系的pH和温度，加热蒸馏脱水使颗粒固化，获得0.5
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100um的二氧化硅微球，此方法获得的二氧化硅微球粒径分散很宽、强度差、微孔过多且易粘连，也不适合多肽色谱纯化。
[0006]美国专利US4010242披露的共聚法虽然可以得到粒径均匀，耐高压，耐污染的介孔二氧化硅，但孔隙率和比表面很低，适合于作为分析色谱固定相的基质，但不能满足制备固定相高孔隙率和高有效比表面的要求。
[0007]因此，探索一种新的介孔二氧化硅微球基质的制备方法，以便满足粒径均匀、微孔少（孔径均匀），同时又具备高孔隙率和高有效比表面的特点，从而具备高柱效，低柱压；耐磨耐压、耐腐蚀和污染、以及高载量等制备色谱需要的优良性能，是多肽色谱纯化亟待解决的问题。
[0008]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种粒径和孔径分布均匀、微孔少、耐碱性好、强度高和高载量的介孔二氧化硅微球的制备方法和基于二氧化硅微球的色谱固定相的制备方法。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术提供的一种本专利技术提供的一种介孔二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：由硅酸盐水溶液制备纳米硅溶胶；S2：将S1制备的纳米硅溶胶酸化并在加热条件下与脲醛溶液混合，得到白色复合微球沉淀S3：将S2得到的白色复合微球沉淀在600
°
C以上条件下焙烧，得到介孔二氧化硅微球；S4：对S3焙烧得到的介孔二氧化硅微球进行浮选，并进一步在酸性和/或碱性溶液中处理和表面惰性处理，得到最终的介孔二氧化硅微球。
[0011]具体地，所述S1的具体步骤如下：首先，硅酸盐水溶液由正硅酸酯或二氧化硅与无机氢氧化物在水中加热制备（可以适当加入少量的醇，以利于正硅酸酯与水的混合；一般而言，醇含量不需要超过50%，醇含量的比例会对后续硅溶胶的粒径和比表面产生影响）；正硅酸酯包括但不限于正硅酸甲酯，正硅酸乙酯等；正硅酸酯中金属总含量不超过50ppm；二氧化硅包括晶态或非晶态或混合态的固体二氧化硅或水合二氧化硅，二氧化硅中钾钠之外其它金属含量不超过50ppm；无机氢氧化物包括但不限于氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化锂等，一般应选择一价金属盐。所述硅酸盐中SiO2与无机氢氧化物的摩尔比为1.5:1
‑
4.5:1，优选地，硅酸盐中SiO2与无机氢氧化物的摩尔比为2.5:1
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3.5:1。
[0012]具体地，所述S1的具体步骤中，纳米硅溶胶制备方法是将硅酸盐水溶液通过离子交换柱或其它方式进行离子交换除掉金属离子，pH值控制在4.5以下，得到纳米胶体溶液；随后用有机碱将pH调整到5
‑
11，在20
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120℃下搅拌或放置2
‑
150h；优选地，在pH为6
‑
10，30
‑
100℃下搅拌或放置5
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100h；浓缩至二氧化硅含量为6
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20%，平均粒径为5
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30nm，比表面为100
‑
600 m2/g；优选的，平均粒径为6
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20nm，比表面积为200
‑
400 m2/g。调整pH的有机碱包括但不限于铵盐，三乙胺，二乙胺，乙二胺，氨水，以及其它一级、二级或三级的短链胺或季铵盐。短链胺或季铵盐是一般指不超过4碳原子的烃基或羟烃基。硅溶胶的制备工艺对于最终制备得到的二氧化硅微球减少微孔，得到合适的孔隙率和有效比表面有着关键的作用。
[0013]具体地，所述S2是将S1所得的硅溶胶混合在脲醛溶液中。脲醛溶液可由尿素与甲醛、乙二醛，丙二醛，丁二醛中的一种或多种在酸性条件下制成；酸为有机酸或无机酸，优选地，酸为乙酸、柠檬酸或硝酸；反应温度为0
‑
95℃，优选地，反应温度为30
‑
70℃。
[0014]一种变通方式：将硅溶胶灌入水溶液可以浸润的均匀的高聚物微球的孔中，然后将水分挥发，也可以得到高聚物或二氧化硅复合微球。
[0015]具体地，所述S3中得到的复合材料微球在600
‑
900℃高温下焙烧硬化，时间5
‑
20h。
[0016]具体地，所述S4中包含对焙烧后/或酸碱处理后的介孔二氧化硅需进一步进行浮选，相邻浮选瓶直径比为1.1
‑
1.8，优选为1.3
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1.5；浮选是通过二氧化硅微球粒径的差异引起二氧化硅在水中沉降速度的差异实现不同粒径分离的。通过浮选可获得粒径范围更窄的
二氧化硅微球。
[0017]具体地，所述S4中对焙烧后得到的介孔二氧化硅微球，用酸和/或碱水溶液分别或顺序在20
‑
100℃下处理2
‑
100h，可单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介孔二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：由硅酸盐制备得到纳米硅溶胶，平均粒径为5
‑
30nm，比表面为100
‑
600 m2/g；S2：将S1制备的纳米硅溶胶酸化并在加热条件下与脲醛溶液混合，得到白色复合微球沉淀；S3：将S2得到的白色复合微球沉淀在600
°
C以上条件下焙烧，得到介孔二氧化硅微球；S4：对S3焙烧得到的介孔二氧化硅微球进行浮选，并进一步在酸性和/或碱性溶液中处理和表面惰性处理，得到最终的介孔二氧化硅微球。2.根据权利要求1所述的一种介孔二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，所述S1中，硅酸盐由正硅酸酯或二氧化硅与无机氢氧化物在水中加热制备，正硅酸酯中金属总含量不超过50ppm，所述二氧化硅为晶态、非晶态或混合态的固体二氧化硅或水合二氧化硅，所述二氧化硅中除钾钠之外其它金属含量不超过50ppm，所述无机氢氧化物为氢氧化钠，氢氧化钾或氢氧化锂，所述硅酸盐中SiO2与无机氢氧化物的摩尔比为1.5:1
‑
4.5:1。3.根据权利要求1所述的一种介孔二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，所述S1中，硅酸盐水溶液通过离子交换除掉金属离子，pH值控制在4.5以下，得到纳米胶体溶液，随后用有机碱将pH调整到5
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11，在20
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120℃下搅拌或放置2
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150h，浓缩至二氧化硅含量为6
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20%，平均粒径为5
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30nm，比表面为100
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600 m2/g，调整pH的有机碱为铵盐、三乙胺、二乙胺、乙二胺、氨水、或其它一级、二级、三级的短链胺或季铵盐，所述短链胺或季铵盐是指不超过4碳原子的烃基或羟烃基。4.根据权利要求1所述的一种介孔二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，所述S2中，将S1制备的纳米硅溶胶混合在脲醛溶液中，所述脲醛溶液由尿素与甲醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛中的一种或多种在酸性条件下制成，酸为有机酸或无机酸，反应温度为0
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95℃。5.根据权利要求1所述的一种介孔二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，所述S3中，白色复合微球在600
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900℃高温下焙烧硬化，时间为5
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20h。6.根据权利要求1所述的一种介孔二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，所述S4中，对焙烧后或酸碱处理后的介孔二氧化硅进一步进行浮选，相邻浮选瓶直径比为1.1
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1.8。7.根据权利要求1所述的一种介孔二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，所述S4中，对焙烧后得到的介孔二氧化硅微球用酸和/或碱水溶液分别或顺序在20
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100℃下处理2
‑
100h，碱的浓度在1
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【专利技术属性】
技术研发人员：周丽，汪群杰，
申请(专利权)人：天津博蕴纯化装备材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：