酸性矽溶膠的制備技術
1.1.離子交換法
該方法是目前研究最多、最成熟的制備技術。該方法以水玻璃為原料，通常可分為活性矽酸的制備、堿性矽溶膠的制備和陽離子交換三個步驟。通常制備過程如下:將市售水玻璃稀釋，用陽離子交換樹脂交換，得到活性矽酸；用堿性溶液處理矽酸至堿性；加熱濃縮堿性矽酸溶液，濃縮得到堿性矽溶膠；最後將堿性矽溶膠用陽離子樹脂進行陽離子交換，加入適量的酸進行調節，得到具有相應酸值的酸性矽溶膠。
早在1941，美國人Bird在他的專利發明中提到，酸性矽溶膠是用離子交換法制備的，即矽酸鈉中的堿金屬通過氫陽離子交換柱與氫交換，產物是高純度的酸性矽溶膠，pH值為2.0 ~ 4.0。此後，Albrecht和William L改進了Bird的酸性矽溶膠制備工藝，提出用混合樹脂床生產更適合使用的酸性矽溶膠。
在20世紀80年代，大多數矽溶膠制造商遵循離子交換法制備酸性矽溶膠。例如，中國湖北美華日用化工廠從7月1985開始研制酸性矽溶膠。他們用離子交換法從自制的堿性矽溶膠制備酸性矽溶膠。具體過程如下:將所需的堿性矽溶膠稀釋過濾後，在攪拌下加入氫型陽離子交換樹脂。當pH值達到2 ~ 3時，停止加入樹脂，讓其完全交換。用上述方法制備的酸性矽溶膠中二氧化矽含量大於10%，粒徑為10 ~ 20 nm，pH為2 ~ 3，穩定期為3 ~ 6個月。
徐念強等人將制備好的活性矽酸陳化24 ~ 48h，然後制成堿性矽溶膠，再用強酸性陽離子樹脂制成酸性矽溶膠。他們分析了pH值、二氧化矽粒徑、電解質鹽濃度對酸性矽溶膠穩定性的影響，強調要制備高濃度、高穩定性、低粘度的酸性矽溶膠，首先要增大二氧化矽顆粒的粒徑。
離子交換法的優點是根據不同的工藝組合可以合成不同性質的矽溶膠，缺點是作為起始原料的矽酸鈉濃度不能很高，導致濃縮過程長，能耗高，離子交換樹脂再生過程中產生的大量廢水需要處理。
1.2電解電滲析法
通過這種方法制備矽溶膠是壹種電化學方法。其原理是矽酸鈉在水溶液中發生水解反應:
na 2 H2 SiO 4+H2O→2Na ++ h3sio 4 –+ OH–
隨著反應的進行，槽內的離子會在電場的作用下定向遷移，雜質離子被離子交換膜過濾掉；當陽極室中生成的矽酸濃度大於其溶解度時，就會發生縮聚反應，生成矽溶膠。通過調節罐中的pH值可以獲得相應的矽溶膠。用這種方法制備矽溶膠時，要註意控制電滲析反應的電流密度、溫度等反應條件。
日本的OKETA YUTAKA在其專利中提到用離子交換膜通過電滲析制備脫鹽的酸性矽溶膠。制備過程中，電滲析器內交替形成脫鹽室和濃縮室；陰陽極用陰陽離子交換膜隔開，然後進行電滲析。脫鹽室中水溶液的溫度保持在5 ~ 20℃。
電解電滲析法是用酸中和矽酸鈉水溶液，陳化後通過半透膜透析鈉離子。這種方法的缺點是透析時間太長，不適合工業化生產。
1.3.分散法
該方法是通過將二氧化矽顆粒機械分散在水中來制備矽溶膠的物理方法。具體步驟如下:稱取壹定量的去離子水，加入塑料杯中，固定在高速分散機上。啟動高速分散機，向杯中連續加入壹定量的氣相二氧化矽粉末。加入SiO _ 2粉末後，加入壹定量的去離子水，調節高速分散速度，經過壹定時間後，制得SiO _ 2水分散體。將二氧化矽水分散體陳化過夜後，高速分散並加入添加劑，繼續高速分散數小時，用300目篩網過濾，得到性能良好的矽溶膠。
用這種方法制備的付朝春酸性矽溶膠，在人畜糞便和垃圾處理中能有效替代微生物，並能去除異味，制備高效有機肥。具體過程如下:將壹定濃度的硫酸和200目以下的分散劑SiO2放入塑料容器中攪拌；用氫氧化鈉調節pH值至2-4；用金屬板作為電極，連接整流電源，放入塑料容器中通電；施加電壓100 V，通電450 mA，時間2 ~ 5min；切斷整流器電源後，攪拌壹段時間，待反應物呈膠狀時停止攪拌。該方法制備的酸性矽溶膠中二氧化矽含量為25% ~ 35%，粒徑為1 ~ 12 nm。
由於該方法制備的酸性矽溶膠有特殊用途，沒有考慮Na+和SO42-等雜質離子對其純度的影響，因此該方法並不普遍適用於酸性矽溶膠的制備。
1.4.單晶矽熱氧化方法
研究表明，矽的熱氧化物的生長通常是在900 ~ 1200℃之間的石英管中，或在幹燥的氧氣條件下，或在含有水蒸氣的濕氧氣條件下，或在讓幹燥的氧氣和氮氣通過接近沸騰的水而形成的蒸汽中進行的。據資料顯示，元素矽在濕氧或蒸汽氣氛中的氧化速度比在幹氧中快。熱氧化的總反應是:
矽+氧(氣體)→二氧化矽矽+ 2H2O(氣體)→二氧化矽+ 2H2(氣體)
在幹氧化過程中，第壹反應占主導地位，而在濕氧化過程中，第二反應占主導地位。
2.酸性矽溶膠的膠束結構及穩定性研究。
我國早在1958就開始了矽溶膠的研究和生產。比如南京大學配位化學研究所、蘭州化工公司化工研究所、青島海洋化工廠等。都在從事相關研發，但品種和產量與國外相差甚遠，尤其是酸堿矽溶膠配比不合理。這種情況直到20世紀80年代才得到改善。酸性矽溶膠處於亞穩態，在放置過程中會逐漸發生凝膠化。穩定期壹般為3 ~ 6個月，比堿性矽溶膠短。因此，如何提高酸性矽溶膠的穩定性成為許多研究者關註的問題。
2.1.酸性矽溶膠的膠體結構
酸性矽溶膠又稱矽酸水溶膠，是高分子量SiO2 _ 2顆粒分散在水中的膠體溶液，無味無毒，分子式可表示為MSIO _ 2·NH2O(其中:m，n很大，m
膠束結構如圖1:當A+為n A+等金屬離子時，表示為堿性矽溶膠；當A+為H+時，表示酸性矽溶膠。在運動過程中，由膠核和吸附層組成的膠粒整體運動，使擴散層與周圍電解質形成動態平衡，以維持矽溶膠的穩定性。
2.2影響酸性矽溶膠穩定性的因素
2.2.1.pH值對酸性矽溶膠穩定性的影響
矽溶膠的穩定性和pH值之間的密切關系如圖2所示。從圖2可以看出，在低pH值下(
王等人認為pH值直接關系到矽溶膠的穩定性。當矽溶膠的pH值在2 ~ 10之間時，粒子的zeta電位為負。當pH值低於2時，顆粒的zeta電位為正；pH=2時的“0”電位；pH值在8.5 ~ 10範圍內，為穩定區。pH & gt10時，矽溶膠顆粒溶解成矽酸鹽；當pH低於4時，為亞穩區；當pH=2時，是最高的亞穩態。根據所制備的高純矽溶膠的特性，將矽溶膠的pH值調節到2.5左右，可以使溶膠保持在較高的亞穩態，在室溫下可以存放2年而不凝膠。矽溶膠不穩定性的主要表現之壹是凝膠化。
賈光耀等人提到溶膠-凝膠動力學是可以人為控制的。他們發現矽溶膠的粘度、zeta電位和凝膠化過程與pH值密切相關，凝膠化過程發生在pH值為4-7之間。
2.2.2電解質對酸性矽溶膠穩定性的影響
電解質對矽溶膠的穩定性也有壹定影響，與pH值密切相關，由於鹽類釋放的離子與矽溶膠表面電荷結合，進入致密層的抗衡離子增多，使分散層變薄；當電解質濃度增加到壹定程度時，分散層的厚度為零，引起顆粒的聚集和凝膠化。凝膠化程度與所用電解質的類型、濃度和溫度有關。據報道，在pH
J.L. Trompette等人提出，當存在兩種不同的補償離子時，濃矽溶膠在pH 9.8時容易凝膠，並對凝膠動力學進行了研究。結果表明，在溶膠-凝膠轉變過程中，離子特性對聚合動力學和凝膠微觀結構有重要影響。這是由於不同電解質影響下的臨界凝結濃度不同。
徐念強等人認為，只有在SiO2粒徑比較小時，矽溶膠的穩定性才受電解質鹽濃度的影響，隨著SiO2粒徑的增大，電解質鹽濃度對矽溶膠穩定性的影響減弱。當矽溶膠中的鹽含量降低到壹定值時，電解質鹽濃度在壹定程度上不會成為制備酸性矽溶膠的主要影響因素。
楊靜等人在研究催化劑種類、反應溫度、反應時間、添加劑等因素對矽溶膠性能的影響時，分析了電解質種類的影響。在[H+]相同的條件下，酸催化劑對矽溶膠粘度的影響如下:
HF & gtHCl & gt硝酸& gtH2SO4 & gtHAc，對凝膠時間的影響為:HAc >；H2SO4 & gtHCl & gt硝酸& gtHF，幾種溶膠的固含量為:h2so 4 >；硝酸& gtHCl & gtHAc，矽溶膠制備二氧化矽薄膜適宜用鹽酸或硝酸作催化劑。
2.2.3.粒度對酸性矽溶膠的影響
粒度是影響矽溶膠穩定性的另壹個重要因素。矽溶膠顆粒直徑在壹定範圍內時，粒徑越均勻，分布範圍越窄，穩定性越好。
在研究粒徑對酸性矽溶膠的影響時，徐念強等人提到，在壹定濃度下，酸性矽溶膠的穩定性與SiO2 _ 2粒徑的關系呈現斜“S”形，即在小粒徑下，矽溶膠的穩定性相對較低，但隨著粒徑的增大，矽溶膠的穩定性迅速增加，粒徑在10 ~ 20 nm範圍內，矽溶膠的穩定性與粒徑近似成正比。
有學者發現，將矽溶膠的粒徑控制在10 ~ 15 nm範圍內，既能簡化工藝，又能保持高純矽溶膠的穩定性。
此外，隨著二氧化矽顆粒半徑的增大，二氧化矽顆粒表面羥基的反應性會降低，膠體顆粒的比表面積減小，膠體顆粒的吸附能降低，從而大顆粒對小顆粒的吸附力降低，這也是大顆粒酸性矽溶膠比小顆粒矽溶膠穩定性高的原因。
此外，在制備矽溶膠時，Janne Puputti等人用乙醇代替了部分水，使其穩定性提高了3倍。Anna Schantz Zackrisson等人用幹涉法和時間分辨小角X射線散射研究了矽溶膠分散體系中的聚合和凝膠化過程，分析了離子強度對凝膠臨界點的影響。