1 引言
（中国粉体技术网/班建伟）多孔材料是目前材料学科中发展较为迅速的一种材料，尤其是纳米级的多孔材料，具有孔道多、结构空旷、表面积大等特点，性能优良，引起了全球科学界以及工商界的重视。
孔道尺寸是多孔材料重要特征，按国际纯粹与应用联合会( IUPAC) 的命名规则，多孔材料按照孔道尺寸分为3 类: 微孔材料，直径＜2 nm; 中孔材料( 介孔材料) ，直径2～50 nm; 大孔材料，直径＞50 nm。活性炭是最常见的多孔材料，常采用加热方法进行再生，但热再生时活性炭易自燃，使活性炭的应用受到限制。除炭系多孔材料外，只有多孔二氧化硅材料的比表面积与活性炭接近。多孔二氧化硅材料具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，同时还具有耐高温和低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等特性。
目前，多孔二氧化硅材料主要包括白炭黑、硅胶、分子筛和气凝胶四大类，其中沸石分子筛为微孔材料; 气相法白炭黑、硅胶、介孔分子筛、气凝胶为介孔材料; 沉淀法白炭黑和一部分气凝胶为大孔材料。不同硅系多孔材料的主要合成方法及其特性，如图1 所示。
多孔二氧化硅材料原料来源广泛、价格低廉、品种繁多，20 世纪60 年代以来广泛应用于橡胶、石油化工、建筑等领域。目前，多孔二氧化硅材料的应用已向食品医药、环境保护、能量存储等高新技术领域拓展。国内从事多孔二氧化硅相关研究的科技工作者超过万人，研究单位100 余个，多数材料已市场化，多孔二氧化硅材料生产厂家如表1 所示。
随着材料性能的不断优化，多孔二氧化硅的应用领域不断拓宽，为了揭示二氧化硅材料的性能和应用范围，本文分析了多孔二氧化硅材料的分类、生产方式，总结了二氧化硅材料的应用进展。
2 多孔二氧化硅材料
2．1 白炭黑
白炭黑又称水合二氧化硅，是硅系补强材料的一种，外观呈白色，补强性能与炭黑类似。白炭黑分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑两种。传统的沉淀法白炭黑以水玻璃作为原料，通过与酸反应，pH 值控制在8～9，经过沉淀、过滤、洗涤、干燥得到成品，沉淀法白炭黑粒径分布较宽为2～100 nm，纯度较低，沉淀法合成白炭黑的反应方程式如式( 1) 所示。气相法白炭黑又称纳米SiO2，主要采用四氯化硅( SiCl4) 为原料与氢气、氧气高温水解制得，粒径分布较窄( 2～25 nm) ，纯度较高，反应方程式如式( 2) 所示。
NaSiO3 + HCl→SiO2↓ + H2O + NaCl ( 1)
SiCl4 + 2H2 + O2→SiO2↓ + 4HCl ( 2)
沉淀法制备白炭黑是液相反应，生成硅酸速度缓慢，分子间排列疏松，内部表面结构粗糙，易吸湿，补强作用差; 气相法制备白炭黑是气相反应，反应剧烈，分子排列紧密，吸湿性较小，表面吸附性能强，补强作用好。
由于气相法白炭黑价格昂贵，90%的白炭黑采用沉淀法生产，沉淀法白炭黑按照比表面积的大小分为六类，比表面积在40～405 m2 /g 之间，如表2 所示。
气相法白炭黑按照改性与否分为A、B 两类，A 类白炭黑表面无有机物覆盖，为亲水型; B 类白炭黑为A 类经过表面改性得到，是疏水型，经过表面改性后的疏水白炭黑，与聚合物胶料间的界面结合力增强。气相法白炭黑按照比表面积大小分为九类( 中华人民共和国国家标准GB /T 20020-2005) ，与沉淀法白炭黑相比，胶料粘度高，硫化胶的硬度、拉伸强度、定伸应力、扯断伸长率、撕裂强度以及胶料的透明度更好。白炭黑的分类如表2 所示。
沉淀法白炭黑和气相法白炭黑的性质，如表3 所示。白炭黑主要应用于合成橡胶的补强，能够弥补炭黑作为补强剂能耗高的缺点，还可以作为填充材料应用于塑料工业，提高塑料的热稳定性，作为上胶剂用于造纸工业，提高纸张的白度和不透明度，用于涂料工业降低液滴沉降现象。此外，气相法白炭黑在农药、医药、粘合剂、牙膏以及化妆品中也有广泛的应用。
国内的白炭黑产量不足，许多行业所需白炭黑依靠进口。白炭黑的生产工艺传统、成本高、能耗大( 煤2～4 t /t，电500～700 kW·h /t) ，是白炭黑行业面临的主要问题。近年来，许多学者研究了采用稻壳灰为原料生产白炭黑，该工艺环境友好、可持续，能够大规模生产。
Della 等采用该方法生产出的白炭黑SiO2含量达到95%左右，比表面积达到81 m2 /g。Liu 等采用该方法联产活性炭和白炭黑，制备的白炭黑SiO2含量在72%～98%之间，平均孔径为40～50 nm，实验过程中产生的废水和CO2均可以循环利用。
我国目前生产的白炭黑产品，以中、低档为主，如何加快生产高分散性白炭黑是目前白炭黑行业需要解决的问题，为了解决白炭黑生产厂家的效益问题，可采用联产无机涂料的方式，将低级廉价的白炭黑生产为价格高的无机涂料。白炭黑行业要朝着高档次、低能耗、环保的方向发展。
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