CN101746763A - 一种气相法制备纳米二氧化硅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气相法制备纳米二氧化硅的方法,其特征在于,采用粉煤灰水解生成硅胶,经干燥得到纳米二氧化硅。本发明利用粉煤灰中的四氟化硅水解生成硅胶,经干燥得到纳米二氧化硅。其原料成本低廉,工艺简单,易于生产控制,所得二氧化硅为白色无定形絮状半透明固体,无毒,有很大的比表面积(100~400m2/g),产品具有高化学纯度及高分散性能,具有较高的表面活性。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化硅,具体地说,本发明涉及一种制备无定型纳米二氧化硅的方法。
背景技术
白炭黑学名为水合二氧化硅,分子式为SiO2·nH2O,是细微粉末状或超细粒子状的二氧化硅,原始粒径小于0.0003mm,比重为2.319~2.653,熔点为1750℃。水合二氧化硅是德国在20世纪40年代作为炭黑的代用品开发出来的,现已广泛应用于橡胶、制鞋、油漆、造纸、合成树脂和油脂等工业部门,其中橡胶、制鞋工业中用量最大。
气相白炭黑是一种技术含量很高的精细化学品,其价格是SiO2品种中价值最高的。有关该产品的业务遍及世界各地,但其生产却高度集中,核心技术主要由Degussa、Cabot、Wacker、Tokuyama、OAO等少数几家国外公司控制,生产能力几乎占据了全球所有,使得其它厂家很难进入该领域。德国迪高沙(Degussa)公司和美国卡伯特(Cabot)公司的气相法生产技术全球领先。他们的生产装置规模大,自动化程度高,产品成本低,牌号(尤其是应用于特殊领域的功能性专用产品牌号)多,品质好,如表面积分布均匀、含水量低。我国的企业也采用气相法生产,但在生产规模、生产技术、自动化程度及产品牌号等方面远不及国外大公司。近几年,我国气相法白炭黑产业进入高速发展阶段,市场需求年均增长幅度为31.6%。由于国内产量无法满足市场需求,每年尚需大量进口。
因此,本发明的目的在于提供一种以低成本的粉煤灰为原料,气相法制备纳米二氧化硅的方法。
发明内容
本发明的提供一种气相法制备纳米二氧化硅的方法,其特征在于,采用粉煤灰水解生成硅胶,经干燥得到纳米二氧化硅。
在一个优选的实施方案中,先将粉煤灰经过15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时后,再在环境温度为-4℃~25℃的条件下,将粉煤灰与CaF2以质量比为1∶1~3的比例混合置于容器中,滴加浓H2SO4,与粉煤灰的重量比为1∶0.1~4,搅拌反应,把生成的四氟化硅气体导入水解装置中,再向水解装置加入表面分散剂进行水解,最后,将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米SiO2·nH2O。
在另一个优选的实施方案中,先将粉煤灰经过15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时后,再将粉煤灰与浓H2SO4按质量比1∶0.1~3混合,置于容器中,于-4℃~25℃缓慢加入无水氢氟酸,将生成的气体导入一个水解装置中,再向水解装置加入表面分散剂进行水解,最后,将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米SiO2·nH2O。
优选的是,所述分散剂与所述粉煤灰的重量比为1∶0.1~4,以使生产出粒子分布均匀、不易团聚的产品。
优选的是,所述表面分散剂选自乙醇、乙二醇、丙三醇、十二烷基硫酸钠、柠檬酸中的一种或多种。
更优的是,所述表面分散剂为40%的乙醇,水解条件是:在10~60℃条件下,搅拌2~10小时。
本发明有两条工艺路线:
1、先将粉煤灰经过15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时后,再在环境温度为-4℃~25℃的条件下,将粉煤灰与CaF2以质量比为1∶1~3的比例混合置于容器中,滴加浓H2SO4,与粉煤灰的重量比为1∶0.1~4,搅拌反应,把生成的四氟化硅气体导入水解装置中,再向水解装置加入表面分散剂进行水解,最后,将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米SiO2·nH2O。
2、先将粉煤灰经过15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时后,再将粉煤灰与浓H2SO4按质量比1∶0.1~3混合,置于容器中,于-4℃~25℃缓慢加入无水氢氟酸,将生成的气体导入一个水解装置中,再向水解装置加入表面分散剂进行水解,最后,将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米SiO2·nH2O。
第二种方法较第一种方法易于控制,生产环境更加符合环保要求,可降低生产成本。
本发明的有益效果为:
本发明利用粉煤灰中的四氟化硅水解生成硅胶,经干燥得到纳米二氧化硅。其原料成本低廉,工艺简单,易于生产控制。生产的白炭黑为白色无定形絮状半透明固体,无毒,有很大的比表面积(100~400m2/g);产品具有高化学纯度及高分散性能,在空气中吸收水后聚集成颗粒,能溶于氢氧化钠和氢氟酸中,对其他化学药品稳定,耐高温,不燃烧,具有很高的电绝缘性,很强的稳定性、补强性、增稠性和触变性,以及较高的表面活性,在应用于橡胶等其他材料混合时,显示出较高的补强效果与优异的物理特性,是透明和彩色制品不可缺少的材料。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述,并不对本发明的范围有任何限制。
实施例一:
1、预处理粉煤灰:将粉煤灰置于15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时,备用。
2、将100kg粉煤灰与100kg~300kgCaF2分别投入反应釜中,搅拌混合均匀后,向反应釜滴加10kg~400kg浓H2SO4,在-4℃~25℃条件下搅拌反应,把生成的四氟化硅气体用管道导入水解装置中。
3、向水解装置加入10kg~100kg表面分散剂,进行水解,生成的白色固体。
4、将白色固体用400目的板框压滤机过滤,然后干燥,最后制得纯白疏松的无定型纳米SiO2·nH2O。
实施例二:
1、预处理粉煤灰:将粉煤灰置于15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时,备用。
2、将100kg粉煤灰与100kg~300kg浓H2SO4分别投入铁制的反应釜中,于-4℃~25℃下,缓慢加入10~100kg无水氢氟酸,把生成的四氟化硅气体用管道导入水解装置中。
3、向水解装置加入10kg~100kg表面分散剂,进行水解,生成的白色固体。
4、将白色固体用400目的板框压滤机过滤,然后干燥,最后制得纯白疏松的无定型纳米SiO2·nH2O。
上述两种方法中,表面分散剂可以为乙醇、乙二醇、丙三醇、十二烷基硫酸钠和柠檬酸中的一种或多种,可分别得到拉径为6~nm,10~15nm,20~30nm和80~100nm的无定型纳米SiO2·nH2O。
其中,采用40%的乙醇溶液为表面分散剂,控制温度在10~60℃,加热搅拌2~10小时,颗粒的粒径大小可控制为6nm~100nm。
Claims (6)
1.一种气相法制备纳米二氧化硅的方法,其特征在于,采用粉煤灰水解生成硅胶,经干燥得到纳米二氧化硅。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,先将粉煤灰经过15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时后,再在环境温度为-4℃~25℃的条件下,将粉煤灰与CaF2以质量比为1∶1~3的比例混合置于容器中,滴加浓H2SO4,与粉煤灰的重量比为1∶0.1~4,搅拌反应,把生成的四氟化硅气体导入水解装置中,再向水解装置加入表面分散剂进行水解,最后,将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米SiO2·nH2O。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,先将粉煤灰经过15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时后,再将粉煤灰与浓H2SO4按质量比1∶0.1~3混合,置于容器中,于-4℃~25℃缓慢加入无水氢氟酸,将生成的气体导入一个水解装置中,再向水解装置加入表面分散剂进行水解,最后,将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米SiO2·nH2O。
4.如权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述分散剂与所述粉煤灰的重量比为1∶0.1~4。
5.如权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述表面分散剂选自乙醇、乙二醇、丙三醇、十二烷基硫酸钠、柠檬酸中的一种或多种。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述表面分散剂为40%的乙醇,水解条件是:在10~60℃条件下,搅拌2~10小时。
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