CN107043111B - 一种利用一硫化硅水解制备硅胶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一硫化硅水解制备硅胶的方法，属于材料制备领域。本发明用硅热还原二硫化钼制备二硅化钼过程中的副产物一硫化硅蒸汽，利用气相沉积法制备出了超细一硫化硅粉末，并水解一硫化硅粉末制备出了硅溶胶，然后凝胶干燥得到硅胶。解决传统制备硅胶方法存在着的原料成本高，操作复杂，设备要求高，成本高，污染大等问题。本发明公开的制备硅胶的工艺，采用一硫化硅和水作为原料，在室温下就可以进行，除硅胶外其他产物都是气体，不需要洗胶除杂等过程，制备的硅胶纯度高。本发明工艺简单，原料成本低，流程短，操作方便，污染能耗低，所有副产物都可以集中利用，易于工业化生产。

Description

一种利用一硫化硅水解制备硅胶的方法
技术领域
本发明属于材料制备领域，公开了一种一硫化硅水解制备硅胶的方法，具体涉及到一种利用硅热还原二硫化钼制备硅化钼过程中生成的副产物一硫化硅作为原料，经过与水反应等步骤制备硅胶的方法。
背景技术
硅胶是一种典型的高活性多孔吸附材料，具有丰富的孔道结构和大的比表面积，属于非晶态物质，其分子式为mSiO2·nH2O，其中的基本结构质点为Si-O四面体，系由Si-O四面体相互堆积形成硅胶的骨架。堆积时，指点之间的空间即为硅胶的孔隙。硅胶中H2O为结构水，它以羟基(OH)的形式和硅原子相连而覆盖于硅胶的表面。硅胶不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。
目前，硅胶的主要制备方法有以硅烷卤化物为原料的气相法；以硅酸钠和无机酸为原料的化学沉淀法；以及以硅酸酯等为原料的溶胶-凝胶法和微乳液法。气相法制备硅胶都是以昂贵的硅烷氯化物为原料，采用危险复杂的高温、高压、超临界流体干燥技术，不仅设备要求高，流程长，成本高，而且危险性大，从而大大阻碍了硅胶材料大规模的生产。以硅酸酯为原料的溶胶-凝胶法，原料昂贵，制备时间长，生产成本高；而微乳液法成本高、有机物难以去除易对环境造成污染。而化学沉淀法以硅酸钠和无机酸为原料，工艺简单，原料来源广泛，成本低，能耗小，易于工业化生产。所以目前工业化生产中主要是以硅酸钠和硫酸反应，经过老化、酸泡、水洗等一些列后处理过程而制得的。
在已经公开的发明专利中(CN105645416A)，我们公开了采用硅热还原二硫化钼或主要成分为二硫化钼的钼精矿的方法制备二硅化钼或其他钼硅化合物，在这个过程中会生成副产物一硫化硅蒸汽，但是关于一硫化硅的利用的研究非常少。
发明内容
本发明的目的是提供一种用一硫化硅蒸汽作为原料，利用气相沉积法制备出超细一硫化硅粉末，并利用一硫化硅粉末与水反应制备硅胶的方法。所要解决的问题和目的是，提供一种利用硅热还原二硫化钼过程中的副产物一硫化硅蒸汽制备超细一硫化硅粉末的方法和一种制备硅胶的新工艺。
为实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种一硫化硅水解制备硅胶的方法，其特征在于，以二硫化钼和硅粉作为原料按一定比例配料，在高温下焙烧制备制备出硅化钼和一硫化硅蒸汽，以一硫化硅蒸汽作为原料制备超细一硫化硅粉末，以超细一硫化硅粉末作为原料在室温下与水反应得到硅酸，经凝胶干燥过程后得到硅胶；
所述的二硫化钼包括主要成分为二硫化钼的分析纯纯二硫化钼、钼精矿和辉钼矿，所述二硫化钼与硅粉按摩尔比1:2～1:4.5的配比配料，所述的用于制备硅胶的一硫化硅粉末包括用其他方法制备的一硫化硅和二硫化硅。
上述的一硫化硅水解制备硅胶的方法，具体步骤如下：
1)将二硫化钼和硅粉按摩尔比1:2-1:4.5配料，充分混匀；
2)将1)中获得的混合均匀的原料放入高温炉中，在1000℃-1700℃的温度下，在惰性气体保护下焙烧，生成副产物一硫化硅蒸汽；
3)用惰性气体将2)中生成的一硫化硅蒸汽由大于1000℃的高温区直接带入低于500℃的低温区域迅速冷却，得到超细一硫化硅粉末；
4)将3)中得到的一硫化硅粉末在室温下与水反应得到硅溶胶，凝胶干燥后制得硅胶。
进一步所述超细一硫化硅粉末的粒度小于300nm。
进一步采用超细一硫化硅粉末，能在高温下氧化焙烧制备出超细二氧化硅粉。
进一步所述的室温为0-100℃的温度区间。
进一步所述的制备出的硅胶，在高温脱去自由水和结构水后可得到超细二氧化硅粉末，所述的方法同样适用于制备超细二氧化硅粉末。
进一步所述的水解所用的水能用酒精、无机酸溶液代替。
本发明所述的制备出的硅胶，因为一硫化硅与水反应的产物除了硅酸外都是气体，所以硅胶中没有引入杂质，有较高的纯度。
本发明所述的制备硅胶的方法，同样适用于其他方法制备出的一硫化硅和二硫化硅水解制备硅胶。
本发明公开了利用一硫化硅的新途径。首先，直接利用硅热还原二硫化钼过程中生成的一硫化硅蒸汽在低于500℃的温度下，急速冷却(气相沉积法)得到超细一硫化硅粉末，一硫化硅在室温下也极易与水反应生成硅酸、硫化氢和氢气，将一硫化硅与水在室温下反应生成硅酸，烘干的到硅胶。这种方法得到的硅酸水溶液中没有其他杂质，不需要除杂，可以直接烘干得到较为纯净的硅胶。亦可以用来制备纳米二氧化硅。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用硅热还原二硫化钼或钼精矿制备钼硅化合物过程中所产生副产物一硫化硅作为原料，充分利用了资源，原料成本低。
(2)本发明硅胶的生产过程可以建立在硅热还原二硫化钼或钼精矿制备钼硅化合物的基础上，设备投资少，工艺简单。
(3)本发明制备硅胶的工艺，是由一硫化硅粉末直接与水反应，除产物硅酸外，其他产物均为气相，非常有易于分离，最终残留产物只有硅酸，无需洗胶除杂等过程，产物纯度高，并且可以节约资源和减少能耗。
(4)本发明制备的硅胶，在高温脱去自由水和结构水后可得到超细二氧化硅粉末，本工艺也可以用于制备超细纳米二氧化硅。
(5)本发明提供了一种利用一硫化硅或二硫化硅制备硅酸的工艺，同样适用于其他方法制备出的一硫化硅或二硫化硅，为其他生成硫化硅的生产工艺提供了一种硫化硅的利用途径。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容。下面结合实例对本发明作进一步的描述。
实施例一：
(1)将粒度小于0.05mm、MoS2(质量分数)为98％的分析纯二硫化钼和粒度为200目、纯度为99％的硅粉按摩尔比1:4配料，充分混匀。
(2)将(1)中获得的混合均匀的原料放入高温炉中，在1500℃的温度下，在氩气保护下焙烧，生成副产物一硫化硅蒸汽。
(3)用氩气体将(2)中生成的一硫化硅蒸汽由1500℃的高温区直接带入低于400℃的低温区域迅速冷却，得到超细一硫化硅粉末。
(4)将(3)中得到的一硫化硅粉末在25℃下与水反应得到硅溶胶，干燥后制得硅胶。
实施例二：
(1)将粒度小于0.15mm、MoS2(质量分数)为94％钼精矿和粒度为200目、纯度为99％的硅粉按摩尔比1:2.33配料，充分混匀。
(2)将(1)中获得的混合均匀的原料放入高温炉中，在1400℃的温度下，在氩气保护下焙烧，生成副产物一硫化硅蒸汽。
(3)用氩气体将(2)中生成的一硫化硅蒸汽由1400℃的高温区直接带入低于200℃的低温区域迅速冷却，得到超细一硫化硅粉末。
(4)将(3)中得到的一硫化硅粉末在50℃与水反应得到硅溶胶，干燥后制得硅胶。

Claims (4)

1.一种一硫化硅水解制备硅胶的方法，其特征在于，以二硫化钼和硅粉作为原料按一定比例配料，在高温下焙烧制备出硅化钼和一硫化硅蒸汽，以一硫化硅蒸汽作为原料制备超细一硫化硅粉末，以超细一硫化硅粉末作为原料在室温下与水反应得到硅酸，经凝胶干燥过程后得到硅胶；
所述的二硫化钼包括主要成分为二硫化钼的分析纯二硫化钼、钼精矿和辉钼矿；
所述超细一硫化硅粉末的粒度小于300nm；
具体步骤如下：
(1)将二硫化钼和硅粉按摩尔比1:2-1:4.5配料，充分混匀；
(2)将(1)中获得的混合均匀的原料放入高温炉中，在1000℃-1700℃的温度下，在惰性气体保护下焙烧，生成副产物一硫化硅蒸汽；
(3)用惰性气体将(2)中生成的一硫化硅蒸汽由大于1000℃的高温区直接带入低于500℃的低温区域迅速冷却，得到超细一硫化硅粉末；
(4)将(3)中得到的一硫化硅粉末在室温下与水反应得到硅溶胶，凝胶干燥后制得硅胶；
采用超细一硫化硅粉末，能在高温下氧化焙烧制备出超细二氧化硅粉。
2.根据权利1所述的一种一硫化硅水解制备硅胶的方法，其特征在于所述的室温为0-100℃的温度区间。
3.根据权利1所述的一种一硫化硅水解制备硅胶的方法，其特征在于，所述的制备出的硅胶，在高温脱去自由水和结构水后可得到超细二氧化硅粉末，所述的方法同样适用于制备超细二氧化硅粉末。
4.根据权利1所述的一种一硫化硅水解制备硅胶的方法，其特征在于，所述的水解所用的水能用酒精、无机酸溶液代替。
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