CN104477923A - 一种以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法 - Google Patents
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Abstract
本案为一种以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法，包括以下步骤：(1)化学沉淀法制备二氧化硅溶胶：配置硅酸钠水溶液，室温搅拌下向其中加入无水乙醇和非离子表面活性剂，待表面活性剂全部溶解后，在一定反应温度下将四氯化硅液体快速滴加到硅酸钠溶液中，至pH值达7左右，停止滴加，继续搅拌1h；(2)静置陈化：将步骤1)制得的二氧化硅溶胶静置3～10h得到凝胶；保持温度不变，静置陈化6～10h；(3)过滤洗涤：将所得沉淀过滤，然后用去离子水反复洗涤至硝酸银检测无氯离子；(4)常压干燥：将步骤3)所得的滤饼放在鼓风烘箱中于70～90℃下干燥5～8h，再将干燥后所得到的粉末放在马弗炉中于550～650℃条件下处理5～6h，即可得到白色粉末状二氧化硅产物。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化硅粉体的制备方法，特别是涉及一种以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法。
背景技术
四氯化硅因对环境的污染很大而影响了多晶硅产业的发展。目前，对多晶硅副产物四氯化硅的处理主要有以下3种技术：一是将四氯化硅氢化还原，以生产三氯硅烷，但目前的生产技术水平较低，将四氯化硅氢化生产三氯硅烷的成本比直接合成所需成本还要高，且转化率较低；二是将四氯化硅制成多种有机硅化合物，但受次生污染和消耗量的制约，该法消耗多晶硅生产过程中产生的四氯化硅仍有局限性；三是以四氯化硅为原料，采用高附加值的气相法生产二氧化硅，但生产过程中需高温、高压条件而对设备的要求较严，且需消耗大量的电能。因而，采用此法消耗的四氯化硅量不够大，还必须开发其他处理四氯化硅的技术。
二氧化硅因在工业领域的广泛应用而引起了广大科学工作者的高度重视。目前，制备二氧化硅的方法主要有以四氯化硅为原料的气相法、以水玻璃和无机酸为原料的沉淀法、以有机醇盐(如正硅酸乙酯)为原料的溶胶-凝胶法、反相胶束微乳液法等。气相法和溶胶-凝胶法制备出的二氧化硅性能较优越，但存在原料价格昂贵、产品成本高、制备周期长、工艺复杂、能耗大等问题；微乳液法制备二氧化硅过程中，有机物难以洗涤除去，易对环境造成污染。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种以四氯化硅为原料制备沉淀二氧化硅的方法，旨在并实现工业化生产，以解决国内多晶硅产业发展的副产物问题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法，包括以下步骤：
(1)化学沉淀法制备二氧化硅溶胶：配置浓度为0.1mol/L～0.3mol/L的硅酸钠水溶液，其中含90～110重量份的硅酸钠，室温搅拌下向其中加入50mL～200mL的无水乙醇和5mL～30mL的非离子表面活性剂，待表面活性剂全部溶解后，在50～60℃下将50～80重量份的四氯化硅液体快速滴加到硅酸钠溶液中，使用pH计监测溶液pH值的变化，当溶液pH值减小到10左右时，溶液开始由无色变浑浊，随着pH值的进一步降低，最后形成乳白色溶液，直至pH值达7左右，停止滴加四氯化硅液体，继续搅拌1h，得到二氧化硅溶胶；
(2)静置陈化：将步骤1)制备得到的二氧化硅溶胶静置3～10h得到二氧化硅凝胶；保持温度不变，静置陈化6～10h，得到二氧化硅沉淀；
(3)过滤洗涤：将所得沉淀过滤，然后用去离子水反复洗涤至硝酸银检测无氯离子，得到滤饼；
(4)常压干燥：将经过步骤3)处理后所得的滤饼放在鼓风烘箱中于70～90℃下干燥5～8h，再将干燥后所得到的粉末放在马弗炉中于550～650℃条件下处理5～6h，即可得到白色粉末状二氧化硅产物。
优选的是，所述的以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法，其中，所述表面活性剂为聚乙二醇。
优选的是，所述的以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法，其中，所述聚乙二醇的浓度为2.0～3.0％。
优选的是，所述的以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法，其中，所述二氧化硅粉末是由近似球形的二氧化硅颗粒聚集成的，粒径分布在110～230nm，其中粒径在170nm以下的占90％以上。
本发明以多晶硅产业的副产物四氯化硅和硅酸钠为原料，采用简单的化学沉淀法制备出了物理化学性能较好的二氧化硅粉末；与目前处理四氯化硅的主流技术相比较，该工艺流程简单，容易操作，对设备要求低，综合利用的经济效益较高，通过节省原料的使用，可降低二氧化硅的生产成本。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法中所制得的二氧化硅粉体的TEM图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
采用化学沉淀法制备二氧化硅的原理是：先配制一定浓度的硅酸钠溶液，然后将四氯化硅快速滴入上述溶液中，搅拌、反应一段时间后即可得到二氧化硅粒子，其反应式如下：
SiCl4+2H2O＝SiO2+4HCl，
Na2SiO3+2HCl＝H2SiO3+2NaCl，
H2SiO3＝SiO2+H2O。
实施例1：
(1)化学沉淀法制备二氧化硅溶胶：配置0.1mol/L的硅酸钠水溶液，其中含90重量份的硅酸钠，室温搅拌下向其中加入50mL的无水乙醇和5mL浓度为2.0％的非离子表面活性剂聚乙二醇，反应温度为50℃，待表面活性剂全部溶解后，在一定反应温度下将50重量份的四氯化硅液体快速滴加到硅酸钠溶液中，使用pH计监测溶液pH值的变化，当溶液pH值减小到10左右时，溶液开始由无色变浑浊，随着pH值的进一步降低，最后形成乳白色溶液，直至pH值达7左右，停止滴加四氯化硅液体，继续搅拌1h，得到二氧化硅溶胶；
(2)静置陈化：将步骤1)制备得到的二氧化硅溶胶静置5h得到二氧化硅凝胶；保持温度不变，静置陈化6h，得到二氧化硅沉淀；
(3)过滤洗涤：将所得沉淀过滤，然后用去离子水反复洗涤至硝酸银检测无氯离子，得到滤饼；
(4)常压干燥：将经过步骤3)处理后所得的滤饼放在鼓风烘箱中于70℃下干燥8h，再将干燥后所得到的粉末放在马弗炉中于550℃条件下处理5h，即可得到白色粉末状二氧化硅产物。二氧化硅粉末是由近似球形的二氧化硅颗粒聚集成的，粒径分布在110～230nm，其中粒径在170nm以下的占90％以上。
实施例2：
(1)化学沉淀法制备二氧化硅溶胶：配置0.2mol/L的硅酸钠水溶液，其中含100重量份的硅酸钠，室温搅拌下向其中加入100mL的无水乙醇和15mL浓度为2.5％的非离子表面活性剂聚乙二醇，反应温度为55℃，待表面活性剂全部溶解后，在一定反应温度下将60重量份的四氯化硅液体快速滴加到硅酸钠溶液中，使用pH计监测溶液pH值的变化，当溶液pH值减小到10左右时，溶液开始由无色变浑浊，随着pH值的进一步降低，最后形成乳白色溶液，直至pH值达7左右，停止滴加四氯化硅液体，继续搅拌1h，得到二氧化硅溶胶；
(2)静置陈化：将步骤(1)制备得到的二氧化硅溶胶静置8h得到二氧化硅凝胶；保持温度不变，静置陈化8h，得到二氧化硅沉淀；
(3)过滤洗涤：将所得沉淀过滤，然后用去离子水反复洗涤至硝酸银检测无氯离子，得到滤饼；
(4)常压干燥：将经过步骤(3)处理后所得的滤饼放在鼓风烘箱中于80℃下干燥6h，再将干燥后所得到的粉末放在马弗炉中于600℃条件下处理5.5h，即可得到白色粉末状二氧化硅产物。二氧化硅粉末是由近似球形的二氧化硅颗粒聚集成的，粒径分布在110～220nm，其中粒径在170nm以下的占90％以上。
实施例3：
(1)化学沉淀法制备二氧化硅溶胶：配置0.3mol/L的硅酸钠水溶液，其中含110重量份的硅酸钠，室温搅拌下向其中加入200mL的无水乙醇和30mL浓度为3.0％的非离子表面活性剂聚乙二醇，反应温度为60℃。待表面活性剂全部溶解后，在一定反应温度下将80重量份的四氯化硅液体快速滴加到硅酸钠溶液中，使用pH计监测溶液pH值的变化，当溶液pH值减小到10左右时，溶液开始由无色变浑浊，随着pH值的进一步降低，最后形成乳白色溶液，直至pH值达7左右，停止滴加四氯化硅液体，继续搅拌1h，得到二氧化硅溶胶；
(2)静置陈化：将步骤(1)制备得到的二氧化硅溶胶静置10h得到二氧化硅凝胶；保持温度不变，静置陈化10h，得到二氧化硅沉淀；
(3)过滤洗涤：将所得沉淀过滤，然后用去离子水反复洗涤至硝酸银检测无氯离子，得到滤饼；
(4)常压干燥：将经过步骤(3)处理后所得的滤饼放在鼓风烘箱中于90℃下干燥8h，再将干燥后所得到的粉末放在马弗炉中于650℃条件下处理6h，即可得到白色粉末状二氧化硅产物。二氧化硅粉末是由近似球形的二氧化硅颗粒聚集成的，粒径分布在110～210nm，其中粒径在170nm以下的占90％以上。
由于样品为非晶态，部分粒子通过团聚和短颈相互连接，微结构呈絮状和网状的准颗粒结构；样品的X射线衍射谱图证明，所制得的二氧化硅粉末为无定形结构；样品的红外光图谱进一步验证了所制备的样品为二氧化硅；请参阅附图1，根据样品的透射电子显微镜图谱可以看出所制备的样品粒径分布均匀，呈颗粒状。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (4)
1.一种以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)化学沉淀法制备二氧化硅溶胶：配置浓度为0.1mol/L～0.3mol/L的硅酸钠水溶液，其中含90～110重量份的硅酸钠，室温搅拌下向其中加入50mL～200mL的无水乙醇和5mL～30mL的非离子表面活性剂，待表面活性剂全部溶解后，在50～60℃下将50～80重量份的四氯化硅液体快速滴加到硅酸钠溶液中，使用pH计监测溶液pH值的变化，当溶液pH值减小到10左右时，溶液开始由无色变浑浊，随着pH值的进一步降低，最后形成乳白色溶液，直至pH值达7左右，停止滴加四氯化硅液体，继续搅拌1h，得到二氧化硅溶胶；
(2)静置陈化：将步骤1)制备得到的二氧化硅溶胶静置3～10h得到二氧化硅凝胶；保持温度不变，静置陈化6～10h，得到二氧化硅沉淀；
(3)过滤洗涤：将所得沉淀过滤，然后用去离子水反复洗涤至硝酸银检测无氯离子，得到滤饼；
(4)常压干燥：将经过步骤3)处理后所得的滤饼放在鼓风烘箱中于70～90℃下干燥5～8h，再将干燥后所得到的粉末放在马弗炉中于550～650℃条件下处理5～6h，即可得到白色粉末状二氧化硅产物。
2.如权利要求1所述的以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法，其特征在于，所述表面活性剂为聚乙二醇。
3.如权利要求2所述的以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法，其特征在于，所述聚乙二醇的质量百分浓度m(PEG)为2.0～3.0％。
4.如权利要求3所述的以四氯化硅制备二氧化硅粉体的方法，其特征在于，所述二氧化硅粉末是由近似球形的二氧化硅颗粒聚集成的，粒径分布在110～230nm，其中粒径在170nm以下的占90％以上。
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