CN107055559A - 一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，涉及有机废料处理领域，该方法包括以下步骤：将直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液水解成固体，将固体粉碎至100～500目；将100份粉碎固体颗粒与200～500份质量浓度为5％～10％的氢氧化钠溶液混合，在温度为在80～90℃的条件下反应5～6小时后，加入0.2～1份质量浓度为4％～10％的次氯酸钠溶液，得到硅酸钠溶液。本发明能够得到用于工业生产的硅酸钠溶液，不仅能够减缓废液堆积对车间产能造成的不良影响、焚烧对环境的污染，而且能够且变废为宝，降低工业生产的成本，提高经济价值。

Description

一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法
技术领域
本发明涉及有机废料处理领域，具体涉及一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法。
背景技术
三烷氧基硅烷是合成硅烷偶联剂的重要原料，其化学通式为HSi(OR)3，美国、德国学者倾向于认为R为包含6个碳原子以下的直链烷基，日本学者认为R一般为小于4个碳原子的直链烷基。
三烷氧基硅烷中的三甲氧基硅烷和三乙氧基硅烷应用最为广泛，二者通过硅氢化反应可以制备多种硅烷偶联剂，通过岐化反应可以制备高纯硅烷气体，同时，还可以用于制备有机-无机杂化材料。
目前，工业上制备三烷氧基硅烷主要是由三氯氢硅醇解制成，由于醇解的工艺比较复杂，收率较低，成本较高；同时，反应中伴有大量的HCl产生，不仅会腐蚀设备，还会造成污染环境，且反应产物的分离提纯较困难。
直接法合成烷氧基硅烷工艺是在1948年由E1G1Rochow首次提出的，其原理是硅粉与低级醇在催化剂作用下反应，得到目标产物。
目前，采用直接法合成烷氧基硅烷的步骤是：先在情性气体的保护下，依次将溶剂、干燥硅粉和铜催化剂加入到反应釜，搅拌均匀后加热并保温；然后使用计量泵将液态醇通入反应釜底部进行反应，反应所得粗产品通过旋风分离器进行汽/液分离，产物汽体进入精馏系统的精馏塔进行副产物分离，收集高含量的三烷氧基硅烷；最后对反应釜中剩余的浆液过滤，取清液精馏回收溶剂再利用。
精馏溶剂后不可避免的会剩余少量废液，每生产一吨产品会残留100～200公斤废液，废液为三烷氧基氢硅烷、烷基三烷氧基硅烷、四烷氧基硅烷中的一种或几种混合的低聚物或高聚物、少量溶剂和微量铁，微量铁导致废液为粘稠的溶液，遇酸碱时会反应放出大量的热；遇空气时溶液表面会水解形成比较脆的固体，固体将空气与溶液内部隔离，阻止溶液的进一步水解。
为了将废液彻底处理，通常向废液中加入大量水将废液水解成固体并燃烧，由于固体中含有大量的二氧化硅，燃烧后会产生大量的二氧化硅粉末，会造成燃烧装置的孔道堵塞，不仅会污染空气，且会损伤燃烧装置。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，能够避免废液污染空气。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，包括以下步骤：
将直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液水解成固体，将固体粉碎至100～500目；将100份粉碎固体颗粒与200～500份质量浓度为5％～10％的氢氧化钠溶液混合，在温度为在80～90℃的条件下反应5～6小时后，加入0.2～1份质量浓度为4％～10％的次氯酸钠溶液，得到硅酸钠溶液。
在上述技术方案的基础上，加入次氯酸钠溶液后，还包括以下步骤：加入1～5份质量浓度为20～40％的双氧水静置2～4h脱色。
在上述技术方案的基础上，所述双氧水的用量为2～4份。
在上述技术方案的基础上，加入双氧水之后还包括以下步骤：再加入1～5份活性炭去除溶剂中的刺激异味。
在上述技术方案的基础上，所述活性炭的用量为2～4份。
在上述技术方案的基础上，硅酸钠溶液的模数为2.6～3.6，二氧化硅含量大于等于12.7wt％、氧化钠含量大于等于3.7wt％、、密度为1.168～1.701g/ml、铁含量小于等于0.03wt％、水不溶物含量小于等于0.21wt％。
在上述技术方案的基础上，所述氢氧化钠的用量为300～400。
在上述技术方案的基础上，废液中SiO2的含量为30～60％。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明中的一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，将废液依次与氢氧化钠、次氯酸钠、双氧水反应后，加入活性炭作用，得到能够用于工业生产的硅酸钠溶液，不仅能够减缓废液堆积对车间产能造成的不良影响、焚烧对环境的污染，而且能够且变废为宝，降低工业生产的成本，提高经济价值。
(2)本发明中的一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，所使用的氢氧化钠、次氯酸钠、双氧水均是价格低廉易得的化工原料，成本较低，且反应条件较温和，使用常规的反应釜就能进行，其得到的硅酸钠溶液具有较高的经济价值，每生产一吨三烷氧基硅烷单体，能够降低至少5k的成本。
附图说明
图1为实施例1中合成的硅酸钠溶液的红外图谱；
图2为标准硅酸钠样品红外图谱。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法方法，包括以下步骤，本发明中，所有的份数均是指质量份：
向废液中加入水至废液全部水解为固体，得到SiO2含量为30～60％的固体，将固体粉碎至100～500目。
将100份粉碎固体颗粒与200～500份质量浓度为5％～10％(最优为8％)的氢氧化钠溶液混合，在温度为在80～90℃的条件下反应5～6小时后，加入0.2～1份质量浓度为4％～10％(最优为8％)的次氯酸钠溶液，将低价态铁离子氧化成高价态铁离子，然后加入1～5份质量浓度为20～40％(最优为30％)的双氧水静置2～4h脱色，再加入1～5份活性炭去除溶剂中的刺激异味，并得到无色无味的模数(摩尔数比值)为2.6～3.6的硅酸钠溶液，且该硅酸钠溶液中，二氧化硅含量大于等于12.7wt％、氧化钠含量大于等于3.7wt％、、密度为1.168～1.701g/ml、铁含量小于等于0.03wt％、水不溶物含量小于等于0.21wt％。
在实际使用中，氢氧化钠的用量可以为300～400、次氯酸钠的用量可以为0.4～0.6份，双氧水的用量可以为2～4份，活性炭的用量可以为2～4份。
在实际使用中，废液水解固体颗粒与次氯酸钠溶液的质量比为1：0.006～0.008、废液水解固体颗粒与双氧水溶液的质量比为1：0.02～0.03、废液水解固体颗粒与活性炭的质量比为1：0.01～0.02。
本发明得到的硅酸钠溶液可以作为硅化合物的基本原料使用，将废弃的废液利用起来，作为工业原料，不仅能够解决废液难以处理，且处理后存放需要占用大量空间的问题，且变废为宝，能够降低生产成本。
下面，通过7个实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
向废液中加入水至废液全部水解为固体，得到SiO2含量为45％的固体，将固体粉碎至300目。
将100份粉碎固体颗粒与200份质量浓度为8％的氢氧化钠溶液混合，在温度为在80℃的条件下反应5小时后，加入0.6份质量浓度为8％的次氯酸钠溶液反应半小时，待温度降低至室温后，加入2份质量浓度为30％的双氧水脱色2小时，再加入1份活性炭去除溶剂中的刺激异味，得到无色无味的模数硅酸钠溶液。
采用本实施例的方法得到的硅酸钠溶液中，二氧化硅含量为12.7wt％、氧化钠含量为3.7wt％、模数为3.4、密度为1.168g/ml、铁含量为0.03wt％、水不溶物含量为0.21wt％。
参见图1所示，本实施例合成的硅酸钠溶液与标准硅酸钠溶液相比，峰值完全相同，即本实施例得到的硅酸钠溶液，能够直接作为工业生产。
实施例2
本实施例中，除了不加入次氯酸钠，其他反应条件均与实施例1相同，最后得到红色无味的硅酸钠溶液，且硅酸钠溶液中，二氧化硅含量为12.7wt％、氧化钠含量为3.7wt％、模数为3.4、密度为1.169g/ml、铁含量为0.23wt％、水不溶物含量为0.42wt％。
实施例3
本实施例中，除了加入质量浓度为8％次氯酸钠的量为0.1份外，其他反应条件均与实施例1相同，最后得到的黄色无味的硅酸钠溶液，且硅酸钠溶液中二氧化硅含量为12.7wt％、氧化钠含量为3.7wt％、模数为3.4、密度为1.168g/ml、铁含量为0.12wt％、水不溶物含量为0.34wt％。
通过实施例1、2、3的对比可知，次氯酸钠溶液的加入量过少时，会导致亚铁离子没完全氧化为三价铁离子，而氢氧化亚铁的溶解度比氢氧化铁要高，导致过滤后的硅酸钠溶液中含铁量较高，导致硅酸钠溶液呈红色或黄色，进而影响硅酸钠产品的品质和价值。
实施例4：
本实施例中，除了不加入双氧水外，其他条件均与实施例1相同，最后得到的黄色无味的硅酸钠溶液，且硅酸钠溶液中二氧化硅含量为12.7wt％、氧化钠含量为3.7wt％、模数为3.4、密度为1.168g/ml、铁含量为0.03wt％、水不溶物含量为0.22wt％。
实施例5
本实施例中，除了加入双氧水的分数为1份外，其他条件均与实施例1相同，最后得到的淡黄色无味的硅酸钠溶液，且硅酸钠溶液中二氧化硅含量为12.7wt％、氧化钠含量为3.7wt％、模数为3.4、密度为1.168g/ml、铁含量为0.03wt％、水不溶物含量为0.21wt％。
通过实施例1、4、5的比对可知，双氧水的加入量过少时，会导致过滤后的硅酸钠呈黄色或淡黄色，对硅酸钠产品的品质和价值均有一定影响。
实施例6
向废液中加入水至废液全部水解为固体，得到SiO2含量为45％的固体，将固体粉碎至500目。
将100份粉碎固体颗粒与350份质量浓度为8％的氢氧化钠溶液混合，在温度为在85℃的条件下反应5.5小时后，加入0.7份质量浓度为8％的次氯酸钠溶液反应半小时，待温度降低至室温后，加入2.5份质量浓度为30％的双氧水脱色2小时，再加入1.5份活性炭去除溶剂中的刺激异味，得到无色无味的模数硅酸钠溶液。
采用本实施例的方法得到的硅酸钠溶液中，二氧化硅含量为12.9wt％、氧化钠含量为3.9wt％、模数为3.1、密度为1.178g/ml、铁含量为0.02wt％、水不溶物含量为0.20wt％。
实施例7
向废液中加入水至废液全部水解为固体，得到SiO2含量为45％的固体，将固体粉碎至500目。
将100份粉碎固体颗粒与350份质量浓度为8％的氢氧化钠溶液混合，在温度为在85℃的条件下反应5.5小时后，加入0.7份质量浓度为8％的次氯酸钠溶液反应半小时，待温度降低至室温后，加入2.5份质量浓度为30％的双氧水脱色2小时，再加入1.5份活性炭去除溶剂中的刺激异味，得到无色无味的模数硅酸钠溶液。
采用本实施例的方法得到的硅酸钠溶液中，二氧化硅含量为12.9wt％、氧化钠含量为3.9wt％、模数为3.6、密度为1.178g/ml、铁含量为0.02wt％、水不溶物含量为0.20wt％。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液水解成固体，将固体粉碎至100～500目；将100份粉碎固体颗粒与200～500份质量浓度为5％～10％的氢氧化钠溶液混合，在温度为在80～90℃的条件下反应5～6小时后，加入0.2～1份质量浓度为4％～10％的次氯酸钠溶液，得到硅酸钠溶液。
2.如权利要求1所述的一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，其特征在于：加入次氯酸钠溶液后，还包括以下步骤：加入1～5份质量浓度为20～40％的双氧水静置2～4h脱色。
3.如权利要求1所述的一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，其特征在于：所述双氧水的用量为2～4份。
4.如权利要求2所述的一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，其特征在于：加入双氧水之后还包括以下步骤：再加入1～5份活性炭去除溶剂中的刺激异味。
5.如权利要求4所述的一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，其特征在于：所述活性炭的用量为2～4份。
6.如权利要求4所述的一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，其特征在于：硅酸钠溶液的模数为2.6～3.6，二氧化硅含量大于等于12.7wt％、氧化钠含量大于等于3.7wt％、、密度为1.168～1.701g/ml、铁含量小于等于0.03wt％、水不溶物含量小于等于0.21wt％。
7.如权利要求1或2所述的一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，其特征在于：所述氢氧化钠的用量为300～400。
8.如权利要求1或2所述的一种直接法合成三烷氧基硅烷单体的废液处理方法，其特征在于：废液中SiO2的含量为30～60％。
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