CN107662924A - 制备二氧化硅气凝胶的方法及系统 - Google Patents

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CN107662924A CN201610613446.0A CN201610613446A CN107662924A CN 107662924 A CN107662924 A CN 107662924A CN 201610613446 A CN201610613446 A CN 201610613446A CN 107662924 A CN107662924 A CN 107662924A
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    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
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Abstract

本发明公开了一种制备二氧化硅气凝胶的方法及系统,该方法包括以下步骤:1)将多晶硅生产尾气通入到水中进行水解,生成硅溶胶,其中,所述多晶硅生产尾气包括二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅;2)使用碱性溶液调节所述硅溶胶的pH值为碱性,进行凝胶化处理,生成硅凝胶;3)将所述硅凝胶进行溶剂替换,替换掉所述硅凝胶中的水;4)通过超临界二氧化碳干燥或低温冷冻干燥,得到二氧化硅气凝胶。该方法使用多晶硅生产尾气作为硅源制备出二氧化硅气凝胶,既对多晶硅生产尾气中的氯硅烷进行回收综合利用,又简化了二氧化硅气凝胶制备流程,具有较好的经济效益,降低了原料成本,同时可以减少环境污染和固废处理成本,提高企业的经济效益。

Description

制备二氧化硅气凝胶的方法及系统
技术领域
本发明属于多晶硅生产技术领域,具体涉及一种制备二氧化硅气凝胶的方法及系统。
背景技术
改良西门子法是目前多晶硅生产的主要工艺,其原理是在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢气还原纯度99.9999%的三氯氢硅,生成多晶硅并在硅芯上沉积。改良西门子工艺是在传统西门子工艺的基础上,将过程中产生的氢气、氯化氢、四氯化硅等副产物以及副产热能综合利用的技术。但是在实际生产中,还是不可避免的要排放少量三氯氢硅、四氯化硅等废气,为了不对环境造成污染,通常多晶硅厂会通过残液系统对废气进行吸收,用碱中和废液后排放,渣浆通过裂解掩埋处理。这样,不仅对环境造成一定程度的破坏,同时也会造成物料的浪费,无法实现物料的综合利用。
气凝胶是凝胶脱去大部分溶剂后,形成的空间网状结构中填充气体的材料,具有非常好的隔热效果,是世界上密度最小的固体之一,在化工建筑隔热、储能器件等领域有着广阔的应用前景。一般使用最广泛的气凝胶为硅气凝胶,硅气凝胶使用的硅源主要为正硅酸乙/甲酯、有机硅、水玻璃、稻壳灰等固体原料,通过一步法或两步法催化水解,凝胶化处理,再使用超临界或冷冻干燥等技术对气凝胶进行干燥。由于硅源以及制备过程成本居高不下,严重限制了它的应用市场,当务之急是如何降低生产成本,充分发挥硅气凝胶的优良性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足,提供一种制备二氧化硅气凝胶的方法及系统,既对多晶硅生产尾气中的氯硅烷进行回收综合利用,又简化了二氧化硅气凝胶制备流程,具有较好的经济效益。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种制备二氧化硅气凝胶的方法,包括以下步骤:
1)将多晶硅生产尾气通入到水中进行水解,生成硅溶胶,其中,所述多晶硅生产尾气包括二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅;其中,多晶硅生产尾气中的氯硅烷的摩尔占比为10~50%。
2)使用碱性溶液调节所述硅溶胶的pH值为碱性,进行凝胶化处理,生成硅凝胶;
3)将所述硅凝胶进行溶剂替换,替换掉所述硅凝胶中的水,得到二氧化硅气凝胶;
4)通过超临界二氧化碳干燥或低温冷冻干燥,得到二氧化硅气凝胶。
优选的是,在所述步骤1)与所述步骤2)之间还包括步骤i)将所述硅溶胶进行浓缩,得到浓缩后的硅溶胶。
优选的是,所述步骤i)中浓缩后的硅溶胶的浓度为6~20wt%。
优选的是,所述步骤2)中的所述硅溶胶溶液的pH值为8~11。
优选的是,所述碱性溶液为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
优选的是,所述步骤2)中的所述凝胶化处理的温度为50~110℃,所述凝胶化处理的时间为10~48h。
更优选的是,所述凝胶化处理的温度为80~100℃,所述凝胶化处理的时间为12~20h。
优选的是,所述步骤3)中的溶剂替换所使用的溶剂为乙醇、丙醇、乙醚中的一种或几种。
优选的是,所述步骤3)中的溶剂替换所使用的溶剂为乙醇。
优选的是,所述步骤3)与所述步骤4)之间还包括步骤j)对所述二氧化硅气凝胶进行疏水化改性处理,该疏水化改性处理的时间为12~30h。
更优选的是,所述疏水化改性处理的时间为15~24h。
优选的是,所述疏水化改性处理所使用的疏水化改性剂为六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、六甲基二硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷中的一种或几种。
本发明还提供一种制备二氧化硅气凝胶的系统,包括:
淋洗塔,用于对通入到所述淋洗塔中的多晶硅生产尾气用水进行淋洗水解,生成硅溶胶,其中,所述多晶硅生产尾气包括二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅;
搅拌罐,与所述淋洗塔连接,所述搅拌罐用于搅拌并通入碱性溶液调节由所述淋洗塔进入到所述搅拌罐中的所述硅溶胶的pH值为碱性,进行凝胶化处理,生成硅凝胶;所述搅拌罐还用于向所述搅拌罐内加入溶剂对所述硅凝胶进行溶剂替换,替换掉所述硅凝胶中的水;
干燥器,与所述搅拌罐连接,所述干燥器为超临界二氧化碳干燥器或低温冷冻干燥器,所述干燥器用于干燥物料,得到二氧化硅气凝胶。
优选的是,所述的制备二氧化硅气凝胶的系统还包括:
蒸发器,该蒸发器包括蒸发器入口和蒸发器出口,所述蒸发器入口与所述淋洗塔连接,所述蒸发器出口与所述搅拌罐连接,所述蒸发器用于将由所述淋洗塔进入到所述蒸发器中的所述硅溶胶进行浓缩,得到浓缩后的硅溶胶。
优选的是,所述淋洗塔包括:
一级淋洗塔,用于对通入到一级淋洗塔中的多晶硅生产尾气用水进行一级淋洗水解;
二级淋洗塔,与所述一级淋洗塔连接,用于对由所述一级淋洗塔进入到所述二级淋洗塔中的多晶硅生产尾气用水进行二级淋洗水解。
优选的是,所述的制备二氧化硅气凝胶的系统还包括:
液封罐,与所述淋洗塔连接,所述液封罐用于将由所述淋洗塔排出的气体通过所述液封罐中的液封后排出。液封罐用于防止空气倒吸进入淋洗塔内,从而可以避免安全事故。
优选的是,所述的制备二氧化硅气凝胶的系统还包括:
氯离子检测仪,与所述液封罐连接,所述氯离子检测仪用于检测所述液封罐中经过液封罐中的液封后的气体中的氯离子的浓度。
优选的是,所述的制备二氧化硅气凝胶的系统还包括控制器,所述控制器与所述氯离子检测仪连接,用于通入多晶硅生产尾气的淋洗塔的入口设置有第一阀门,液封罐出口设置有第二阀门,所述第一阀门与所述控制器连接,所述第二阀门与所述控制器连接,
所述氯离子检测仪将检测到的氯离子的浓度发送给所述控制器,当所述氯离子检测仪检测到的氯离子的浓度低于第一预设的氯离子的浓度,则所述控制器控制所述第二阀门打开用于排气,否则,所述控制器控制所述第二阀门关闭;
当所述氯离子检测仪检测到的氯离子的浓度高于第二预设的氯离子的浓度,则所述控制器控制所述第一阀门关闭,停止向所述淋洗塔内通入多晶硅生产尾气,否则,所述控制器控制所述第一阀门关闭。
优选的是,所述第一预设的氯离子的浓度为2~4ppm,所述第二预设的氯离子的浓度为10~15ppm。
本发明中的制备二氧化硅气凝胶的方法使用多晶硅生产尾气作为硅源,经过水解、溶胶-凝胶化反应、干燥制备出二氧化硅气凝胶,对多晶硅生产尾气进行了处理,既对多晶硅生产尾气中的氯硅烷进行回收综合利用,多晶硅生产尾气中硅元素的利用率达到了60%以上,又简化了二氧化硅气凝胶制备流程,具有较好的经济效益。本发明中的方法使用多晶硅生产尾气作为硅源,降低了原料成本,同时可以减少环境污染和固废处理成本,提高企业的经济效益。本发明中的制备二氧化硅气凝胶的系统可在现有多晶硅尾气处理系统基础上进行改造,能够有效降低企业的建设成本;将多晶硅生产尾气的处理与二氧化硅气凝胶制备相结合,实现了资源的综合利用。
附图说明
图1是本发明实施例2中的制备二氧化硅气凝胶的系统的结构示意图。
图中:2-一级淋洗塔;21-一级淋洗塔入口;22-一级淋洗塔出口;23-一级淋洗塔的塔釜;3-二级淋洗塔;31-二级淋洗塔第一入口;32-二级淋洗塔第二入口;33-二级淋洗塔第三入口;34-二级淋洗塔出口;35-二级淋洗塔的塔釜;4-淋洗塔液封池;5-第一循环液分布器;6-第二循环液分布器;7-循环泵;71-循环泵入口;72-循环泵出口;8-第三循环液分布器;9-第四循环液分布器;10-蒸发器;101-蒸发器入口;102-蒸发器出口;103-蒸发器放空管线;11-第三阀门;12-液封罐;121-液封罐入口;122-液封罐出口;123-液封罐放空管线;13-搅拌罐;131-搅拌罐第一入口;132-搅拌罐第二入口;14-干燥器;15-氯离子检测仪;16-控制器;17-第一阀门;18-第二阀门。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供一种制备二氧化硅气凝胶的系统,包括:
淋洗塔,用于对通入到淋洗塔中的多晶硅生产尾气用水进行淋洗水解,生成硅溶胶,其中,多晶硅生产尾气包括二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅;
搅拌罐,与淋洗塔连接,搅拌罐用于搅拌并通入碱性溶液调节由淋洗塔进入到搅拌罐中的硅溶胶的pH值为碱性,进行凝胶化处理,生成硅凝胶;搅拌罐还用于向搅拌罐内加入溶剂对硅凝胶进行溶剂替换,替换掉硅凝胶中的水;
干燥器,与搅拌罐连接,干燥器为超临界二氧化碳干燥器或低温冷冻干燥器,干燥器用于干燥物料,得到二氧化硅气凝胶。
实施例2
如图1所示,本实施例提供一种制备二氧化硅气凝胶的系统,包括:
淋洗塔,用于对通入到淋洗塔中的多晶硅生产尾气用水进行淋洗水解,生成硅溶胶,其中,多晶硅生产尾气包括二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅;淋洗塔包括:
一级淋洗塔2,用于对通入到一级淋洗塔2中的多晶硅生产尾气用水进行一级淋洗水解;
二级淋洗塔3,与一级淋洗塔2连接,用于对由一级淋洗塔2进入到二级淋洗塔3中的多晶硅生产尾气用水进行二级淋洗水解。
具体的,一级淋洗塔2上设置有一级淋洗塔入口21、一级淋洗塔出口22。二级淋洗塔3上设置有二级淋洗塔第一入口31、二级淋洗塔第二入口32、二级淋洗塔第三入口33、二级淋洗塔出口34。
一级淋洗塔入口21用于通入多晶硅生产尾气,一级淋洗塔出口22与二级淋洗塔第一入口31连接。一级淋洗塔2内的淋洗液在一级淋洗塔2内淋洗后,经过一级淋洗塔的塔釜23流入到淋洗塔液封池4,二级淋洗塔3内的淋洗液在二级淋洗塔3内淋洗后,经过二级淋洗塔的塔釜35流入到淋洗塔液封池4,一级淋洗塔的塔釜23与二级淋洗塔的塔釜35公用淋洗塔液封池4。一级淋洗塔入口21设置于一级淋洗塔2的上部,一级淋洗塔出口22设置于一级淋洗塔2的中下部且位于淋洗塔液封池4内的液封上。二级淋洗塔第一入口31设置于二级淋洗塔3的中下部且位于淋洗塔液封池4内的液封上。
二级淋洗塔第二入口32用于通入工厂水作为二级淋洗塔3的淋洗液,一级淋洗塔2设置有第一循环液分布器5,二级淋洗塔3设置有第二循环液分布器6,第二循环液分布器6与第一循环液分布器5连接,工厂水由二级淋洗塔第二入口32进入第二循环液分布器6对二级淋洗塔3内的多晶硅生产尾气进行淋洗,在第二循环液分布器6内未进行淋洗的工厂水再进入到第一循环液分布器5对一级淋洗塔2内的多晶硅生产尾气进行淋洗。具体的,第一循环液分布器5设置于一级淋洗塔2的上部,第二循环液分布器6设置于二级淋洗塔3的上部。根据多晶硅生产尾气量的大小,第一循环液分布器5为2~4个,第二循环液分布器6为2~4个。
具体的,本实施例中的制备二氧化硅气凝胶的系统还包括循环泵7,循环泵7包括循环泵入口71和循环泵出口72,循环泵入口71与淋洗塔液封池4连接,循环泵出口72与二级淋洗塔第三入口33连接。
一级淋洗塔2还设置有第三循环液分布器8,二级淋洗塔3还设置有第四循环液分布器9,第三循环液分布器8与第四循环液分布器9连接,循环泵7将淋洗塔液封池4内的淋洗液泵入到二级淋洗塔第三入口33,淋洗液由二级淋洗塔第三入口33进入第四循环液分布器9对二级淋洗塔3内的多晶硅生产尾气进行淋洗,在第四循环液分布器9内未进行淋洗的工厂水再进入到第三循环液分布器8内对一级淋洗塔2内的多晶硅生产尾气进行淋洗。具体的,第三循环液分布器8设置于一级淋洗塔2的上部,第四循环液分布器9设置于二级淋洗塔3的上部。根据多晶硅生产尾气量的大小,第三循环液分布器8为2~4个,第四循环液分布器9为2~4个。
本实施例中的制备二氧化硅气凝胶的系统还包括:
蒸发器10,该蒸发器10包括蒸发器入口101和蒸发器出口102,蒸发器入口101与淋洗塔液封池4连接,蒸发器出口102与搅拌罐13连接,蒸发器10用于将由淋洗塔液封池4进入到蒸发器10中的硅溶胶进行浓缩,得到浓缩后的硅溶胶。具体的,蒸发器10与循环泵出口72连接,循环泵出口72与蒸发器10之间的管线上设置有第三阀门11,循环泵7将淋洗塔液封池4内的硅溶胶泵入到蒸发器10中,蒸发器10顶部设置有蒸发器放空管线103。具体的,蒸发器10使用工厂富余热量进行加热硅溶胶进行浓缩。
液封罐12,与二级淋洗塔3连接,液封罐12用于将由二级淋洗塔3排出的气体通过液封罐12中的液封后排出。具体的,二级淋洗塔出口34设置于二级淋洗塔3的顶部,液封罐12包括液封罐入口121和液封罐出口122,液封罐入口121与二级淋洗塔出口34连接,二级淋洗塔出口34与液封罐入口121通过管线连接,且该管线通过二级淋洗塔3入口后插入到液封罐12的液封中,液封罐出口122设置于液封罐12顶部,液封罐出口122设置有液封罐放空管线123,用于放空气体。液封罐12用于防止空气倒吸进入二级淋洗塔3内,从而可以避免安全事故。
搅拌罐13,与蒸发器10连接,搅拌罐13用于搅拌并通入碱性溶液调节由蒸发器10进入到搅拌罐13中的硅溶胶的pH值为碱性,进行凝胶化处理,生成硅凝胶;搅拌罐13还用于向搅拌罐13内加入溶剂对硅凝胶进行溶剂替换,替换掉硅凝胶中的水;具体的,搅拌罐13包括搅拌罐第一入口131和搅拌罐第二入口132,搅拌罐第一入口131与蒸发器10连接,搅拌罐第二入口132用于向搅拌罐13内添加物料,例如碱性溶液或溶剂。
干燥器14,与搅拌罐13连接,干燥器14为超临界二氧化碳干燥器或低温冷冻干燥器,干燥器14用于干燥物料,得到二氧化硅气凝胶。
氯离子检测仪15,与液封罐12连接,氯离子检测仪15用于检测液封罐12中经过液封罐12中的液封后的气体中的氯离子的浓度。具体的氯离子检测仪15设置于液封罐放空管线123上。
优选的是,制备二氧化硅气凝胶的系统还包括控制器16,控制器16与氯离子检测仪15连接,用于通入多晶硅生产尾气的一级淋洗塔入口21设置有第一阀门17,液封罐出口122设置有第二阀门18,第一阀门17与控制器16连接,第二阀门18与控制器16连接,具体的,本实施例中的第二阀门18设置于液封罐放空管线123上,且氯离子检测仪15设置于液封罐出口122与第二阀门18之间。
氯离子检测仪15将检测到的氯离子的浓度发送给控制器16,控制器16用于根据第一预设的氯离子的浓度范围来控制第一阀门17的开闭,控制器16还用于根据第二预设的氯离子的浓度范围来控制第二阀门18的开闭。当氯离子检测仪15检测到的氯离子的浓度低于低于第一预设的氯离子的浓度,则控制器16控制第二阀门18打开用于排气,否则,控制器16控制第二阀门18关闭;当氯离子检测仪15检测到的氯离子的浓度高于第二预设的氯离子的浓度,则控制器16控制第一阀门17关闭,停止向淋洗塔内通入多晶硅生产中的尾气,否则,控制器16控制第一阀门17关闭。通过控制器16使得系统有效实现了自动控制。
优选的是,第一预设的氯离子的浓度为2~4ppm,第二预设的氯离子的浓度为10~15ppm。具体的,本实施例中的第一预设的氯离子的浓度为3ppm,第二预设的氯离子的浓度为12ppm。
含有四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅的多晶硅生产尾气从一级淋洗塔入口21进入一级淋洗塔2,与来自一级淋洗塔2上的第一循环液分布器5或第三循环液分布器8的淋洗液进行气液逆流接触,尾气中的四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅发生水解反应生成硅酸、氯化氢,未被吸收的四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅、氯化氢及氮气、氢气等气体经一级淋洗塔出口22至二级淋洗塔第一入口31,进入二级淋洗塔3与来自二级淋洗塔3上的第二循环液分布器6或第四循环液分布器9的淋洗液进行气液逆流接触,当氯离子检测仪15检测到的氯离子的浓度低于2~4ppm时,表明二级淋洗塔3中的多晶硅生产尾气中的四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅、氯化氢等组分被完全吸收,不溶于水的氮气、氢气等组分经过二级淋洗塔出口34至液封罐12中的液封中,控制器16控制第二阀门18打开,最后经过液封罐12顶部的液封罐放空管线123排入大气。当淋洗塔液封池4内的淋洗液经过循环淋洗吸收多晶硅生产尾气饱和后,由液封罐放空管线123排入到大气中的尾气中氯含量急剧上升,当氯离子检测仪15检测到的氯离子的浓度高于10~15ppm时,控制器16控制第一阀门17关闭,停止向淋洗塔内通入多晶硅生产尾气。同时打开循环泵7至蒸发器10之间的管线上的第三阀门11,将淋洗塔液封池4内的低浓度硅溶胶输送至蒸发器10中进行浓缩,同时通过二级淋洗塔第二入口32通过淋洗向淋洗塔液封池4内补充新鲜工厂水。
蒸发器10使用工厂富余热量进行加热,对稀硅溶胶进行浓缩,蒸发出来的水分经蒸发器放空管线103放空排至大气。
当蒸发器10内硅溶胶浓度达到10%时,将蒸发器10内的硅溶胶经搅拌罐第一入口131排至搅拌罐13内。通过搅拌罐第二入口132向搅拌罐13内加入氢氧化钠溶液,当硅溶胶的pH=9时,停止加入氢氧化钠溶液。向搅拌罐13夹套通入蒸汽,将硅溶胶加热至70℃进行凝胶老化处理24h。再向搅拌罐13内加入有机溶剂对硅溶胶进行溶剂替换,有机溶剂为乙醇,在溶剂替换过程中硅溶胶中的氯化钠及微量的水分从硅凝胶中析出,从而使硅凝胶得到净化。净化后的硅凝胶先使用六甲基二硅氮烷表面疏水改性20h,再经过液氮冷冻干燥24h,制备出块状二氧化硅气凝胶产品。
本实施例提供一种使用上述系统制备二氧化硅气凝胶的方法,包括以下步骤:
1)将多晶硅生产尾气通入到淋洗塔中使用淋洗液水进行水解,生成硅溶胶,其中,多晶硅生产尾气包括二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅。其中,多晶硅生产尾气中的氯硅烷的摩尔占比为10~50%。多晶硅生产尾气为多晶硅厂相关工序排放的含有四氯化硅、三氯氢硅的尾气,经过一级淋洗塔2、二级淋洗塔3进行水淋洗,三氯氢硅、四氯化硅与水发生水解反应生成硅酸、氯化氢,生成的氯化氢对硅溶胶的生成起催化作用,得到低浓度硅溶胶。
2)在蒸发器10内将硅溶胶进行浓缩,得到浓缩后的硅溶胶,浓缩后的硅溶胶的浓度为10wt%。
3)在搅拌罐13内使用氢氧化钠调节硅溶胶的pH值为9,进行凝胶化处理,凝胶化处理的温度为70℃,凝胶化处理的时间为24h,生成硅凝胶;
4)在搅拌罐13内用乙醇对硅凝胶进行溶剂替换,替换掉硅凝胶中的水;
5)在搅拌罐13内用六甲基二硅氮烷对二氧化硅气凝胶表面的-Si-OH进行疏水化改性处理,该疏水化改性处理的时间为20h。
6)在干燥器14内通过液氮冷冻干燥,得到二氧化硅气凝胶。
本实施例中的制备二氧化硅气凝胶的方法使用多晶硅生产尾气中的氯硅烷作为硅源,经过水解、溶胶-凝胶化反应、干燥制备出二氧化硅气凝胶,对多晶硅生产尾气进行了处理,既对多晶硅生产尾气中的氯硅烷进行回收综合利用,多晶硅生产尾气中硅元素的利用率达到了60%以上,又简化了二氧化硅气凝胶制备流程,具有较好的经济效益。本实施例中的方法使用多晶硅生产尾气中的氯硅烷作为硅源,降低了原料成本,同时可以减少环境污染和固废处理成本,提高企业的经济效益。本实施例中的制备二氧化硅气凝胶的系统可在现有多晶硅尾气处理系统基础上进行改造,能够有效降低企业的建设成本;将多晶硅生产尾气的处理与二氧化硅气凝胶制备相结合,实现了资源的综合利用。
实施例3
本实施例提供一种使用实施例2中的系统制备二氧化硅气凝胶的方法,包括以下步骤:
1)将多晶硅生产尾气通入到水中进行水解,生成硅溶胶,其中,多晶硅生产尾气包括二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅;多晶硅生产尾气为多晶硅厂相关工序排放的含有四氯化硅、三氯氢硅的尾气,经过水解,三氯氢硅、四氯化硅与水发生水解反应生成硅酸、氯化氢,生成的氯化氢对硅溶胶的生成起催化作用,得到低浓度硅溶胶。
2)将硅溶胶进行浓缩,得到浓缩后的硅溶胶,浓缩后的硅溶胶的浓度为20wt%。
3)使用氢氧化钾调节硅溶胶的pH值为8,进行凝胶化处理,凝胶化处理的温度为110℃,凝胶化处理的时间为48h,生成硅凝胶;
4)用丙醇对硅凝胶进行溶剂替换,替换掉硅凝胶中的水;
5)用二甲基二甲氧基硅烷对二氧化硅气凝胶表面的-Si-OH进行疏水化改性处理,该疏水化改性处理的时间为12h。
6)通过超临界二氧化碳干燥,得到二氧化硅气凝胶。
实施例4
本实施例提供一种使用实施例2中的系统制备二氧化硅气凝胶的方法,包括以下步骤:
1)将多晶硅生产尾气通入到水中进行水解,生成硅溶胶,其中,多晶硅生产尾气包括二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅;多晶硅生产尾气为多晶硅厂相关工序排放的含有四氯化硅、三氯氢硅的尾气,经过水解,三氯氢硅、四氯化硅与水发生水解反应生成硅酸、氯化氢,生成的氯化氢对硅溶胶的生成起催化作用,得到低浓度硅溶胶。
2)将硅溶胶进行浓缩,得到浓缩后的硅溶胶,浓缩后的硅溶胶的浓度为5wt%。
3)使用氢氧化钠和氢氧化钾调节硅溶胶的pH值为11,进行凝胶化处理,凝胶化处理的温度为100℃,凝胶化处理的时间为10h,生成硅凝胶;
4)用乙醇和乙醚对硅凝胶进行溶剂替换,替换掉硅凝胶中的水;
5)用二甲基二乙氧基硅烷和三甲基乙氧基硅烷(质量比为2:1)对二氧化硅气凝胶表面的-Si-OH进行疏水化改性处理,该疏水化改性处理的时间为30h。
6)通过低温冷冻干燥,得到二氧化硅气凝胶。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种制备二氧化硅气凝胶的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将多晶硅生产尾气通入到水中进行水解,生成硅溶胶,其中,所述多晶硅生产尾气包括二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅;
2)使用碱性溶液调节所述硅溶胶的pH值为碱性,进行凝胶化处理,生成硅凝胶;
3)将所述硅凝胶进行溶剂替换,替换掉所述硅凝胶中的水;
4)通过超临界二氧化碳干燥或低温冷冻干燥,得到二氧化硅气凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备二氧化硅气凝胶的方法,其特征在于,在所述步骤1)与所述步骤2)之间还包括步骤i)将所述硅溶胶进行浓缩,得到浓缩后的硅溶胶。
3.根据权利要求2所述的制备二氧化硅气凝胶的方法,其特征在于,所述步骤i)中浓缩后的硅溶胶的浓度为6~20wt%。
4.根据权利要求1所述的制备二氧化硅气凝胶的方法,其特征在于,所述步骤2)中的所述硅溶胶溶液的pH值为8~11。
5.根据权利要求1所述的制备二氧化硅气凝胶的方法,其特征在于,所述步骤2)中的所述凝胶化处理的温度为50~110℃,所述凝胶化处理的时间为10~48h。
6.根据权利要求1所述的制备二氧化硅气凝胶的方法,其特征在于,所述步骤3)与所述步骤4)之间还包括步骤j)对所述二氧化硅气凝胶进行疏水化改性处理,该疏水化改性处理的时间为12~30h。
7.根据权利要求6所述的制备二氧化硅气凝胶的方法,其特征在于,所述疏水化改性处理所使用的疏水化改性剂为六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷、六甲基二硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷中的一种或几种。
8.一种制备二氧化硅气凝胶的系统,其特征在于,包括:
淋洗塔,用于对通入到所述淋洗塔中的多晶硅生产尾气用水进行淋洗水解,生成硅溶胶,其中,所述多晶硅生产尾气包括二氯二氢硅、三氯氢硅、四氯化硅;
搅拌罐,与所述淋洗塔连接,所述搅拌罐用于搅拌并通入碱性溶液调节由所述淋洗塔进入到所述搅拌罐中的所述硅溶胶的pH值为碱性,进行凝胶化处理,生成硅凝胶;所述搅拌罐还用于向所述搅拌罐内加入溶剂对所述硅凝胶进行溶剂替换,替换掉所述硅凝胶中的水;
干燥器,与所述搅拌罐连接,所述干燥器为超临界二氧化碳干燥器或低温冷冻干燥器,所述干燥器用于干燥物料,得到二氧化硅气凝胶。
9.根据权利要求8所述的制备二氧化硅气凝胶的系统,其特征在于,还包括:
蒸发器,该蒸发器包括蒸发器入口和蒸发器出口,所述蒸发器入口与所述淋洗塔连接,所述蒸发器出口与所述搅拌罐连接,所述蒸发器用于将由所述淋洗塔进入到所述蒸发器中的所述硅溶胶进行浓缩,得到浓缩后的硅溶胶。
10.根据权利要求8所述的制备二氧化硅气凝胶的系统,其特征在于,所述淋洗塔包括:
一级淋洗塔,用于对通入到一级淋洗塔中的多晶硅生产尾气用水进行一级淋洗水解;
二级淋洗塔,与所述一级淋洗塔连接,用于对由所述一级淋洗塔进入到所述二级淋洗塔中的多晶硅生产尾气用水进行二级淋洗水解。
11.根据权利要求8所述的制备二氧化硅气凝胶的系统,其特征在于,还包括:
液封罐,与所述淋洗塔连接,所述液封罐用于将由所述淋洗塔排出的气体通过所述液封罐中的液封后排出。
12.根据权利要求11所述的制备二氧化硅气凝胶的系统,其特征在于,还包括:
氯离子检测仪,与所述液封罐连接,所述氯离子检测仪用于检测所述液封罐中经过液封罐中的液封后的气体中的氯离子的浓度。
13.根据权利要求12所述的制备二氧化硅气凝胶的系统,其特征在于,还包括控制器,所述控制器与所述氯离子检测仪连接,用于通入多晶硅生产尾气的淋洗塔的入口设置有第一阀门,液封罐出口设置有第二阀门,所述第一阀门与所述控制器连接,所述第二阀门与所述控制器连接,
所述氯离子检测仪将检测到的氯离子的浓度发送给所述控制器,当所述氯离子检测仪检测到的氯离子的浓度低于第一预设的氯离子的浓度,则所述控制器控制所述第二阀门打开用于排气,否则,所述控制器控制所述第二阀门关闭;
当所述氯离子检测仪检测到的氯离子的浓度高于第二预设的氯离子的浓度,则所述控制器控制所述第一阀门关闭,停止向所述淋洗塔内通入多晶硅生产尾气,否则,所述控制器控制所述第一阀门关闭。
14.根据权利要求13所述的制备二氧化硅气凝胶的系统,其特征在于,所述第一预设的氯离子的浓度为2~4ppm,所述第二预设的氯离子的浓度为10~15ppm。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110817887A (zh) * 2019-11-27 2020-02-21 鑫创新材料科技(徐州)有限公司 一种气凝胶的高效生产方法及其应用
CN112940029A (zh) * 2019-12-11 2021-06-11 新特能源股份有限公司 一种甲基氯硅烷、制备方法及装置
CN112934133A (zh) * 2021-03-15 2021-06-11 乌鲁木齐益好天成新型节能材料有限公司 一种改性固相硅凝胶的制备方法
WO2023020906A1 (en) * 2021-08-19 2023-02-23 Merck Patent Gmbh Method for producing silica particles, silica particles produced by such method, compositions and uses of such silica particles

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102249246A (zh) * 2011-05-31 2011-11-23 中昊晨光化工研究院 一种制备沉淀法白炭黑的方法
CN202191839U (zh) * 2011-09-05 2012-04-18 信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司 多晶硅尾气喷淋塔
CN102642842A (zh) * 2012-04-25 2012-08-22 浙江纳诺科技有限公司 一种用酸性硅溶胶制备二氧化硅气凝胶的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102249246A (zh) * 2011-05-31 2011-11-23 中昊晨光化工研究院 一种制备沉淀法白炭黑的方法
CN202191839U (zh) * 2011-09-05 2012-04-18 信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司 多晶硅尾气喷淋塔
CN102642842A (zh) * 2012-04-25 2012-08-22 浙江纳诺科技有限公司 一种用酸性硅溶胶制备二氧化硅气凝胶的方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110817887A (zh) * 2019-11-27 2020-02-21 鑫创新材料科技(徐州)有限公司 一种气凝胶的高效生产方法及其应用
CN112940029A (zh) * 2019-12-11 2021-06-11 新特能源股份有限公司 一种甲基氯硅烷、制备方法及装置
CN112934133A (zh) * 2021-03-15 2021-06-11 乌鲁木齐益好天成新型节能材料有限公司 一种改性固相硅凝胶的制备方法
CN112934133B (zh) * 2021-03-15 2023-10-31 乌鲁木齐益好天成新型节能材料有限公司 一种改性固相硅凝胶的制备方法
WO2023020906A1 (en) * 2021-08-19 2023-02-23 Merck Patent Gmbh Method for producing silica particles, silica particles produced by such method, compositions and uses of such silica particles

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