CN110065946B - 一种纳米材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米材料及其制备方法，包括如下步骤：S1：用石英矿石加热至熔融状态后，二氧化硅以气态形式蒸发至空气中，经收集后的二氧化硅含尘空气送入反应室；S2：高压输送至离子发生器，将离子发生器中的带离子空气和二氧化硅空气迅速混合，同时引入野风冷却二氧化硅空气；S3：冷却后的含二氧化硅空气经过静电场，二氧化硅粒子在电荷作用下形成链式珠串，对珠串式二氧化硅颗粒过滤后收集；S4：收集后的二氧化硅珠串粉尘经过逆向放电后，形成纳米级二氧化硅微粒。本发明制备的纳米材料为纯度96％以上的纳米级二氧化硅微球，微孔状结构，粒径范围为8‑40纳米，比表面积为75‑150；制备成本低，制取的纳米材料热稳定性能好；化学性能稳定。

Description

一种纳米材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米技术领域，特别是涉及一种二氧化硅纳米材料及其制备方法。
背景技术
气相白炭黑俗称"纳米白炭黑"，广泛用于各行业作为添加剂、催化剂载体，脱色剂，消光剂，橡胶补强剂，塑料充填剂，油墨增稠剂，金属软性磨光剂，绝缘绝热填充剂，高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保、石油化工等各种领域。并为相关工业领域的发展提供了新材料基础和技术保证。由于它在磁性、催化性、光吸收、热阻和熔点等方面与常规材料相比显示出特异功能，因而得到人们的极大重视。
目前气相白炭黑生产以多晶硅或三氯氢硅副产物四氯化硅为主要原材料制得气相白炭黑。
化学气相沉积(CAV)法，又称热解法、干法或燃烧法。其原料一般为四氯化硅、氧气(或空气)和氢气，高温下反应而成。反应式为:SiCl4+2H2+O2->SiO2+4HCl。空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解炉。四氯化硅在高温下气化(火焰温度1000～1800℃)后，与一定量的氢和氧(或空气)在1800℃左右的高温下进行气相水解；此时生成的气相二氧化硅颗粒极细，与气体形成气溶胶，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用含氮空气吹洗气相二氧化硅至pH值为4～6即为成品。但是，采用燃烧法制备气相白炭黑，纯度较低，转化率相对也低，成品率低，且制备设备价格昂贵。最终导致成品价格高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米材料及其制备方法，制备成本低，得到的纳米材料热稳定性好。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种纳米材料的制备方法，包括如下步骤：S1：用石英矿石加热至熔融状态后，二氧化硅以气态形式蒸发至空气中，经收集后的二氧化硅含尘空气送入反应室；S2：高压输送至离子发生器，将离子发生器中的带离子空气和二氧化硅空气迅速混合，同时引入野风冷却二氧化硅空气；S3：冷却后的含二氧化硅空气经过静电场，二氧化硅粒子在电荷作用下形成链式珠串，对珠串式二氧化硅颗粒过滤后收集；S4：收集后的二氧化硅珠串粉尘经过逆向放电后，形成纳米级二氧化硅微粒。
上述的纳米材料的制备方法，其中，所述步骤S1过程如下：矿热炉内将自培电极插入炉料进行埋弧操作，陆续加料，间歇式出渣，连续作业还原冶炼石英矿石，石英矿石加热至熔融状态后，二氧化硅以气态形式蒸发至空气中，经收集后的二氧化硅含尘空气送入反应室。
上述的纳米材料的制备方法，其中，所述步骤S1中的矿热炉采用碳质或镁质耐火材料作炉衬。
上述的纳米材料的制备方法，其中，所述步骤S1中所述石英矿石加热的温度范围为1550-1700度。
上述的纳米材料的制备方法，其中，所述步骤S2过程如下：高压发生器升压至预定电压后输送至离子发生器，将所述离子发生器中电离后的带离子空气送入反应室和二氧化硅含尘空气迅速混合，打开野风门风阀引入足量野风冷却反应室中的二氧化硅含尘空气。
上述的纳米材料的制备方法，其中，所述步骤S2中的预定电压为80KV。
上述的纳米材料的制备方法，其中，所述步骤S3过程如下：冷却后的含二氧化硅空气经过板式负高压静电场作用，荷电的二氧化硅粒子在高压静电场的作用下形成链式珠串凝并成较大的颗粒；含尘空气中的珠串式二氧化硅颗粒使用滤筒过滤式除尘器进行收集。
上述的纳米材料的制备方法，其中，所述步骤S3中的板式负高压静电场的电压为50KV。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案是提供一种纳米材料，所述纳米材料由上述的制备方法制取。
上述的纳米材料，其中，所述纳米材料为纯度96％以上的纳米级二氧化硅微球，微孔状结构，粒径范围为8-40纳米，比表面积为75-150。
本发明提供的纳米材料及其制备方法，对比现有技术具有如下有益效果：相比化学气相沉积(CAV)法，本发明采用冶炼分离方式制备，提取过程中去除了大量杂质，杂质相对少，相对高品位的成品率就高多了，制备成本低。制取的纳米级二氧化硅颗粒粒径为8-40纳米，热稳定性能好；化学性能稳定，物理结构稳定，和其他物料之间的融合性能优越，适合于作为物料间的填充物。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步的说明，但不应理解为是对本发明的限制。
本实施例提供的纳米材料的制备方法包括如下步骤：
S1：矿热炉内将自培电极插入炉料进行埋弧操作，陆续加料，间歇式出渣，连续作业还原冶炼石英矿石，石英矿石加热至熔融状态后，加热温度范围为1550-1700度；部分二氧化硅以气态形式蒸发至空气中，经收集后的二氧化硅含尘空气送入反应室；所述矿热炉，又称电弧电炉，主要由炉壳、炉盖、炉衬、短网、水冷系统、排烟系统、除尘系统、电极壳、电极压放及升降系统、上下料系统、把持器、烧穿器、液压系统、矿热炉变压器及各种电器设备等组成；采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，使用自培电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料，电极因炉料的电阻而产生能量来熔炼金属。
S2：同时高压发生器升压至预定电压80KV后输送至离子发生器，将离子发生器中电离后的带离子空气送入反应室和二氧化硅含尘空气迅速混合，避免气态二氧化硅颗粒在高温下大量粘连，同时打开野风门风阀引入足量野风(外部空气)冷却反应室中的二氧化硅含尘空气。
S3：冷却后的含二氧化硅空气经过板式负高压静电场(50KV)作用，荷电的二氧化硅粒子在高压静电场的作用下形成链式珠串凝并成较大的颗粒；含尘空气中的珠串式二氧化硅颗粒使用滤筒过滤式除尘器进行收集；
S4：收集后的二氧化硅珠串粉尘放置在洁净环境中，经过逆向自然放电后，形成纳米级二氧化硅微粒。
通过本实施案例制取的纳米级二氧化硅颗粒粒径为8-40纳米，比表面积为75-150，热稳定性能好；化学性能稳定，物理结构稳定，和其他物料之间的融合性能优越，适合于作为物料间的填充物。
虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明。任何本领域技术人员，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明的精神和范围内，仍可进行一些修改和完善，但均应认为是本发明所保护的范围。

Claims (7)

1.一种纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：用石英矿石加热至熔融状态后，二氧化硅以气态形式蒸发至空气中，经收集后的二氧化硅含尘空气送入反应室；
S2：高压发生器升压至预定电压后输送至离子发生器，将所述离子发生器中电离后的带离子空气送入反应室和二氧化硅含尘空气迅速混合，打开野风门风阀引入足量野风冷却反应室中的二氧化硅含尘空气；
S3：冷却后的含二氧化硅空气经过静电场，二氧化硅粒子在电荷作用下形成链式珠串，对珠串式二氧化硅颗粒过滤后收集；
S4：收集后的二氧化硅珠串粉尘经过逆向放电后，形成纳米级二氧化硅微粒。
2.如权利要求1所述的纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1过程如下：矿热炉内将自培电极插入炉料进行埋弧操作，陆续加料，间歇式出渣，连续作业还原冶炼石英矿石，石英矿石加热至熔融状态后，二氧化硅以气态形式蒸发至空气中，经收集后的二氧化硅含尘空气送入反应室。
3.如权利要求2所述的纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的矿热炉采用碳质或镁质耐火材料作炉衬。
4.如权利要求1所述的纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的预定电压为80KV。
5.如权利要求1所述的纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3过程如下：冷却后的含二氧化硅空气经过板式负高压静电场作用，荷电的二氧化硅粒子在高压静电场的作用下形成链式珠串凝并成较大的颗粒；含尘空气中的珠串式二氧化硅颗粒使用滤筒过滤式除尘器进行收集。
6.如权利要求5所述的纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的板式负高压静电场的电压为50KV。
7.一种纳米材料，其特征在于，所述纳米材料由权利要求1-3中任一项所述的制备方法制取。
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