CN106829976B - 一种大比表面积、高吸油值沉淀二氧化硅的制备方法 - Google Patents

一种大比表面积、高吸油值沉淀二氧化硅的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种大比表面积、高吸油值沉淀二氧化硅的制备方法，以硅酸钠为原料，控制加酸步骤及硅酸钠浓度，经过合成、水洗、精制、干燥得到大比表面积、高吸油值的二氧化硅。本发明制备的大比表面积、高吸油值沉淀法二氧化硅，原料易的，价格低廉，流程短，易于实现工业化，二氧化硅比表面积达到300‑350m2/g，吸油值达到2.5‑2.8g/g。

Description

一种大比表面积、高吸油值沉淀二氧化硅的制备方法
技术领域
本发明属于无机材料领域，具体涉及一种大比表面积、高吸油值沉淀二氧化硅的制备方法。
背景技术
沉淀二氧化硅是一种重要的无机材料，其主要用于橡胶填料作为补强剂使用，橡胶补强剂白炭黑其比表面积一般在70-190m2/g，随着应用范围逐渐扩大，目前沉淀二氧化硅可应用于涂料、造纸及农药领域，其比表面控制在200-280 m2/g。例如专利CN101618876A公开了一种“比表面积可控制的沉淀白炭黑的制备方法”原料:水玻璃:模数3.3-3.5,水溶液比重1.085±0.001、硫酸: 15%;反应:底料加水玻璃量是总投料量的30 -80%,开动搅拌升温至84±1℃,开始加15%硫酸反应,悬浮液的 pH值达到9 -10,再加水玻璃和硫酸,并保持pH值不变,将剩余的70-20%水玻璃用55分钟加完, 继续加硫酸将水玻璃全部反应完,并将pH值调至2-3;水洗、干燥:采用过滤机对悬浮液进行过滤采用喷雾干燥机干燥 ，可制备比表面积50-250m2/g的白炭黑。然而在医药、食品等行业往往需要二氧化硅比表面积大于300m2/g的二氧化硅作为吸附剂使用，而目前沉淀二氧化硅由于比表面积低限制了白炭黑的应用推广。
发明内容
目前生产比表面积大于300m2/g二氧化硅只能采用凝胶法进行生产，而沉淀法二氧化硅比表面积往往低于300m2/g。但是凝胶法存在水洗时间长，反应效率低、成本高的弊病。而沉淀法生产二氧化硅具有反应效率高，成本低的优势。因此，为了克服凝胶法生产过程的缺陷，本发明提供了一种大比表面积、高吸油值沉淀法二氧化硅的制备方法，采用该方法生产效率高，成本低，二氧化硅比表面积达到300-350m2/g，吸油值达到2.5-2.8g/g。
本发明以硅酸钠为原料，控制加酸步骤及硅酸钠浓度，经过合成、水洗、精制、干燥得到大比表面积、高吸油值的二氧化硅。
本发明大比表面积、高吸油值沉淀法二氧化硅的制备方法采用如下技术方案：
（1）配料：将硅酸钠配制成以二氧化硅计8-15wt%的硅酸钠溶液A和以二氧化硅计15-20wt%的硅酸钠溶液B，硫酸配制成20-30wt%的水溶液，上述三种溶液配制后放置48小时备用；
（2）合成：将骤（1）配制好的硅酸钠溶液B加入反应釜，开启搅拌，在20-25℃下，以500-800ml/分的速度加入硫酸溶液，至PH5-7，升温至40-60℃，保温30分钟；
（3）研磨：加水将步骤（2）所得物料调整至二氧化硅含量为5wt%，采用研磨机进行研磨，至二氧化硅粒径为0.5-1.0微米；
（4）合成：将步骤（3）所得物料升温至80-85℃，同时以100-200ml/分速度加入硅酸钠溶液A，同时加入硫酸溶液，加料过程中保持PH5-7，其中硅酸钠溶液A的加入量与硅酸钠溶液B的重量相同；
（5）保温：将步骤（4）所得物料在80-85℃下保温1-2小时；
（6）解聚：用硅酸钠将步骤（5）所得物料PH调整为9-10，保温20-40分钟，再加入硫酸溶液调整PH3-4，保温30-40分钟；
（7）水洗：将步骤（6）物料进行水洗，洗至洗涤水电导率300μS/cm以下为合格；
（8）打浆：将步骤（7）洗涤后物料加入打浆罐，加水及乙醇调整二氧化硅浓度10-11wt%，采用高速分散机进行分散，分散速度保持2500转/分以上，分散时间30-40分钟，乙醇加入量为二氧化硅重量的5-10%；
（9）干燥：采用喷雾干燥机在400-450℃下将步骤（8）所得物料进行干燥，制备出大比表面积、高吸油值二氧化硅。
本发明的显著优点：
1、步骤（2）采用高浓度硅酸钠反应，可以制备出大比表面积的二氧化硅，然而只采用步骤（2）合成的二氧化硅孔容一般情况下较小，为了扩大孔容采用步骤（4）较低浓度的硅酸钠进行反应使新生成的二氧化硅与步骤（2）中的二氧化硅进行接枝反应，形成立体结构，进而扩大孔容。较单独一步直接合成二氧化硅的具有制备大孔容白炭黑的优势。
2、本发明与CN101618876A公开了一种“比表面积可控制的沉淀白炭黑的制备方法”的较大不同在于多了两步合成中的步骤（3）研磨以及后续步骤（6）解聚，采用步骤（3）使形成的二氧化硅粒子更加均匀，更利于下一步的接枝反应，采用步骤（6）的目的是使形成二氧化硅的的结构由连续的立体结构，在碱性条件下转变为，半连续状态，使水洗效率提高。
3、步骤（3）的研磨中，通过加水将步骤（2）所得物料调整至二氧化硅含量为5wt%，然后采用研磨机进行研磨，该方法较将二氧化硅干燥后研磨，其优点在于得到的二氧化硅粒径更小、尺寸更均匀。
4、本发明采用硅酸钠为原料分三步加入硫酸，控制反应条件进而控制二氧化硅的比表面积和孔容；制备的大比表面积、高吸油值沉淀法二氧化硅，原料易的，价格低廉，流程短，易于实现工业化。
附图说明
图1为本实施例3制得的二氧化硅的扫描电镜图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
（1）配料：将硅酸钠配制成以二氧化硅计8wt%的硅酸钠溶液A和以二氧化硅计15wt%的硅酸钠溶液B各1000g，硫酸配制成30wt%的水溶液，上述三种溶液配制后放置48小时备用；
（2）合成：将骤（1）配制好的硅酸钠溶液B 1000g加入反应釜，开启搅拌，在20℃下，以800ml/分的速度加入硫酸溶液，至PH5.5，升温至40℃，保温30分钟；
（3）研磨：加水将步骤（2）所得物料调整至二氧化硅含量为5wt%，采用研磨机进行研磨，至二氧化硅粒径为0.5-1.0微米；
（4）合成：将步骤（3）所得物料升温至80℃，同时以200ml/分速度加入硅酸钠溶液A1000g，同时加入硫酸溶液，加料过程中保持PH6；
（5）保温：将步骤（4）所得物料在80℃下保温1小时；
（6）解聚：用硅酸钠将步骤（5）所得物料PH调整为9，保温20分钟，再加入硫酸溶液调整PH3，保温30分钟；
（7）水洗：将步骤（6）物料进行水洗，洗至洗涤水电导率300μS/cm以下为合格；
（8）打浆：将步骤（7）洗涤后物料加入打浆罐，加水及11.5g乙醇调整二氧化硅浓度10wt%，采用高速分散机进行分散，分散速度保持3000转/分，分散时间30分钟；
（9）干燥：采用喷雾干燥机在400℃下将步骤（8）所得物料进行干燥，制备出二氧化硅，比表面积310m2/g、吸油值2.8ml/g。
实施例2
（1）配料：将硅酸钠配制成以二氧化硅计10wt%的硅酸钠溶液A和以二氧化硅计18wt%的硅酸钠溶液B各1000g，硫酸配制成25wt%的水溶液，上述三种溶液配制后放置48小时备用；
（2）合成：将骤（1）配制好的硅酸钠溶液B 1000g加入反应釜，开启搅拌，在20℃下，以700ml/分的速度加入硫酸溶液，至PH6，升温至50℃，保温30分钟；
（3）研磨：加水将步骤（2）所得物料调整至二氧化硅含量为5wt%，采用研磨机进行研磨，至二氧化硅粒径为0.5-1.0微米；
（4）合成：将步骤（3）所得物料升温至80℃，同时以150ml/分速度加入硅酸钠溶液A1000g，同时加入硫酸溶液，加料过程中保持PH6；
（5）保温：将步骤（4）所得物料在85℃下保温1小时；
（6）解聚：用硅酸钠将步骤（5）所得物料PH调整为9，保温20分钟，再加入硫酸溶液调整PH3，保温30分钟；
（7）水洗：将步骤（6）物料进行水洗，洗至洗涤水电导率300μS/cm以下为合格；
（8）打浆：将步骤（7）洗涤后物料加入打浆罐，加水及22.4g乙醇调整二氧化硅浓度10wt%，采用高速分散机进行分散，分散速度保持2800转/分，分散时间40分钟；
（9）干燥：采用喷雾干燥机在400℃下将步骤（8）所得物料进行干燥，制备出二氧化硅，比表面积325m2/g、吸油值2.7ml/g。
实施例3
（1）配料：将硅酸钠配制成以二氧化硅计15wt%的硅酸钠溶液A和以二氧化硅计20wt%的硅酸钠溶液B各1000g，硫酸配制成20wt%的水溶液，上述三种溶液配制后放置48小时备用；
（2）合成：将骤（1）配制好的硅酸钠溶液B 1000g加入反应釜，开启搅拌，在25℃下，以500ml/分的速度加入硫酸溶液，至PH7，升温至60℃，保温30分钟；
（3）研磨：加水将步骤（2）所得物料调整至二氧化硅含量为5wt%，采用研磨机进行研磨，至二氧化硅粒径为0.5-1.0微米；
（4）合成：将步骤（3）所得物料升温至85℃，同时以100ml/分速度加入硅酸钠溶液A1000g，同时加入硫酸溶液，加料过程中保持PH7；
（5）保温：将步骤（4）所得物料在85℃下保温1小时；
（6）解聚：用硅酸钠将步骤（5）所得物料PH调整为10，保温40分钟，再加入硫酸溶液调整PH3.5，保温30分钟；
（7）水洗：将步骤（6）物料进行水洗，洗至洗涤水电导率300μS/cm以下为合格；
（8）打浆：将步骤（7）洗涤后物料加入打浆罐，加水及35g乙醇调整二氧化硅浓度10wt%，采用高速分散机进行分散，分散速度保持2600转/分，分散时间40分钟；
（9）干燥：采用喷雾干燥机在450℃下将步骤（8）所得物料进行干燥，制备出二氧化硅，比表面积350m2/g、吸油值2.58ml/g.
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种大比表面积、高吸油值沉淀二氧化硅的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）配料：将硅酸钠配制成以二氧化硅计8-15wt%的硅酸钠溶液A和以二氧化硅计15-20wt%的硅酸钠溶液B，硫酸配制成20-30wt%的水溶液，上述三种溶液配制后放置48小时备用；
（2）合成：将步骤（1）配制好的硅酸钠溶液B加入反应釜，开启搅拌，在20-25℃下，以500-800ml/分的速度加入硫酸溶液，至pH5-7，升温至40-60℃，保温30分钟；
（3）研磨：加水将步骤（2）所得物料调整至二氧化硅含量为5wt%，采用研磨机进行研磨，至二氧化硅粒径为0.5-1.0微米；
（4）合成：将步骤（3）所得物料升温至80-85℃，同时以100-200ml/分速度加入硅酸钠溶液A，同时加入硫酸溶液，加料过程中保持pH5-7，其中硅酸钠溶液A的加入量与硅酸钠溶液B的重量相同；
（5）保温：将步骤（4）所得物料在80-85℃下保温1-2小时；
（6）解聚：用硅酸钠将步骤（5）所得物料pH调整为9-10，保温20-40分钟，再加入硫酸溶液调整pH3-4，保温30-40分钟；
（7）水洗：将步骤（6）物料进行水洗，洗至洗涤水电导率300μS/cm以下为合格；
（8）打浆：将步骤（7）洗涤后物料加入打浆罐，加水及乙醇调整二氧化硅浓度10-11wt%，采用高速分散机进行分散，分散速度保持2500转/分以上，分散时间30-40分钟，乙醇加入量为二氧化硅重量的5-10%；
（9）干燥：采用喷雾干燥机在400-450℃下将步骤（8）所得物料进行干燥，制备出大比表面积、高吸油值二氧化硅。
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