CN1280191C

CN1280191C - 纳米高纯二氧化硅的生产方法

Info

Publication number: CN1280191C
Application number: CN 200310123470
Authority: CN
Inventors: 吕佳来
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2023-12-30
Also published as: CN1634763A

Abstract

本发明涉及一种纳米高纯二氧化硅的生产方法，该方法采用化学直接合成法，改良了国内外传统的沉淀法，生产中采用预先在原料中加入稀释水和添加剂，控制工艺条件，阻止粒子团聚。其产品粒径在5～20nm之间，产品纯度可达到99.98%。本发明方法具有工艺流程短、设备数量少、易于操作和控制、产品质量稳定、建厂周期短、对环境无污染等优点。

Description

纳米高纯二氧化硅的生产方法

技术领域

本发明涉及二氧化硅的生产方法，特别是一种纳米高纯二氧化硅的生产方法。

背景技术

纳米技术在我国是一项刚刚起步的新兴技术，此技术生产的产品粒径在100nm以下。由于微粉的表面积大，吸附力强，表面能大，因此具有特殊的性能，在众多学科及领域内发挥了独特的作用。世界发达国家对超细材料的研究工作十分活跃，并已取得了一定的成果，有人预言，超细材料将成为21世纪的功能材料之一。

目前国内生产纳米二氧化硅微粉主要采用气相法，由于工艺复杂，设备投资大，原料来源受限制且成本高，而使大规模生产具有相当的难度。另外，产品价格较高(每吨售价为7～8万元人民币)，使其使用范围受到了很大限制。而普通沉淀法虽采用廉价原料，但也只能生产粒径在30～45μm之间的颗粒较大的微粉，达不到超精微粉的级别，难以满足市场的需要。国外已经开始研究其他方法生产氧化硅及其它系列微粉，包括氧化铝微粉、炭化硅微粉、氧化硅微粉等，主要采用电弧、离子溅射等法，但由于技术、条件等方面的限制，还未形成大规模生产。另外，由于西方国家限制向中国转让微粉生产技术，因此靠进口技术来解决传统工艺路线是行不通的。目前国内一些厂家所使用的氧化硅微粉，仍从国外进口(日本的纳米级氧化硅微粉售价达10～12万元/吨)，由于价格昂贵，致使使用量减少，限制了在众多领域的发展与进步。

发明内容

本发明克服了现有技术中工艺复杂，设备投资大，成本高，产品粒径较大的问题，提供一种纳米高纯二氧化硅的生产方法。

本发明是按如图1所示的工艺流程来实现的，其具体的工艺过程如下：

反应液的配制

(1)向反应釜中加入水和水玻璃(SiO₂％＝28～30％)，搅拌均匀，加热到90～100℃，保持该温度15～25min，过滤，静置12h后制成稀释水玻璃。

(2)将硫酸稀释到14～16％，冷却到15～25℃，搅拌，加入多聚甲醛，乙醇、三乙醇胺、EDTA，静置12h后待用。

反应

(1)启动反应釜，放入准备好的稀释水玻璃，控制温度在30～35℃，再加入准备好的硫酸，直到反应液的pH为7±0.5，反应1～1.5h，再搅拌10～30min，然后静置30min。

(2)将上述反应液在搅拌中升温到90～95℃，保持该温度30～40min，再用30～40min加入稀硫酸，保持反应体系的pH值为5.0～6.0，保持该温度30～40min，制成水合二氧化硅。

(3)将上述水合二氧化硅过滤，洗涤，直到洗出液中无Cl^-、SO₄ ^2-、Na⁺为止。

(4)将洗净后的沉淀在280～320℃干燥，控制其水分含量为5～8％，得到纳米高纯二氧化硅。

由于生产过程中的过滤、洗涤有少量废水排出，内含Fe²⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、H⁺、SO₄ ²⁺、Cl^-等离子，pH值为1～2，呈酸性，若不进行综合治理将对环境造成一定程度的污染，为此，本发明采取了：①用碱性水玻璃过滤液和生石灰将酸性洗水和滤液中的HCl或H2SO4中和后再排放；②将部分酸浓度较高的洗液收集起来用于物料的酸化处理；③将含Cl^-或SO₄ ^2-含量较低的洗水，收集起来用于配原料或用于开头部分洗涤。经过上述处理，不仅可以使污染得到有效治理，同时对降低生产成本起到了一定作用。

按GB10518-89和JJG011-96检测，产品可以达到的指标为：

SiO₂％≥99.984％

粒径5～15nm

本工艺具有工艺流程短、设备数量少、易于操作和控制、产品质量稳定、建厂周期短、对环境无污染等优点。

本发明方法制成的产品是一种新型的功能性材料—纳米二氧化硅，在表面能、光吸收、电阻、热阻及催化剂载体等方面具有常规材料无法替代的特异功能。其产品广泛应用于高级特种涂料、特种橡胶、高级化妆品、医药、特种催化剂载体等各种领域，完全可替代进口产品，出口创汇。

另外，本法明方法的产品为相关工业领域的发展提供了新材料基础和技术保证，享有“工业味精”、“材料科学的原点”之美誉，已成为当今世界材料科学中最能适应时代要求和发展最快的品种之一。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

原料

水玻璃模数为3.0～3.5；SiO₂％＝28～30％

硫酸工业一级

多聚甲醛工业一级

乙醇工业一级

三乙醇胺工业一级

EDTA 工业一级

反应液的配制

(1)向反应釜中加入580kg水，搅拌，加入120kg(SiO₂％＝29％)水玻璃，搅拌均匀，加热到95℃，保温20min，再用747^#滤布过滤，静置12h后备用。

(2)将硫酸稀释到15％，冷却到室温，再启动搅拌加入多聚甲醛，乙醇、三乙醇胺、EDTA，加入量分别为15％硫酸重量的3％、15％、15％、1.5％，搅拌30min，静置12h待用。

反应

(1)启动反应釜，放入准备好的稀释水玻璃(700kg)，控制温度为30+5℃，再加入准备好的硫酸，直到反应液的pH为7±0.5，反应时间为1h，再搅拌10min，然后静置30min

(2)将上述反应液在搅拌中升温到90℃，恒温30min，再用30min加入稀硫酸保持反应体系的PH值为5.0，在恒温30min，共体系为水合二氧化硅。

(3)将上述水合二氧化硅过滤，用去离子水洗涤，直到洗出液中无Cl^-、SO₄ ^2-、Na⁺为止。

(4)将洗净后的沉淀在300℃干燥，控制其水分为5～8％，得到纳米高纯二氧化硅。

按GB10518-89和JJG011-96检测，产品可以达到的指标为：

SiO₂％ 99.99％

粒径 10nm

Claims

1、一种纳米高纯二氧化硅的生产方法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：

a)向反应釜中加入水和SiO₂含量为28～30％的水玻璃，搅拌均匀，加热到90～100℃，保持该温度15～25分钟，过滤，静置12小时后制成稀释水玻璃；

b)将硫酸稀释到14～16％，冷却到15～25℃，搅拌，加入多聚甲醛、乙醇、三乙醇胺、EDTA，静置12小时后待用；

c)启动反应釜，放入准备好的稀释水玻璃，控制温度在30～35℃，再加入准备好的硫酸，直到反应液的pH值为7±0.5，反应1～1.5小时，再搅拌10～30分钟，然后静置30分钟；

d)将上述反应液在搅拌中升温到90～95℃，保持该温度30～40分钟，再用30～40分钟加入稀硫酸，保持反应体系的pH值为5.0～6.0，保持该温度30～40分钟，制成水合二氧化硅；

e)将上述水合二氧化硅过滤，洗涤，直到洗出液中无Cl^-、SO₄ ^2-、Na⁺为止；

f)将洗净后的沉淀在280～320℃干燥，控制其水分含量为5～8％，得到纳米高纯二氧化硅。

2、根据权利要求1所述的纳米高纯二氧化硅的生产方法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：

a)向反应釜中加入580kg的水，搅拌，加入120kg的SiO₂含量为29％的水玻璃，搅拌均匀，加热到95℃，保温20分钟，再用747^#滤布过滤，静置12小时后备用；

b)将硫酸稀释到15％，冷却到室温，再启动搅拌加入多聚甲醛、乙醇、三乙醇胺、EDTA、加入量分别为15％硫酸重量的3％、15％、15％、1.5％，搅拌30分钟，静置12小时待用。

c)启动反应釜，放入700kg准备好的稀释水玻璃，控制温度为30～35℃，再加入准备好的硫酸，直到反应液的pH为7±0.5，反应时间为1小时，再搅拌10分钟，然后静置30分钟；

d)将上述反应液在搅拌中升温到90℃，恒温30分钟，再用30分钟加入稀硫酸保持反应体系的pH值为5.0～6.0，再恒温30分钟，共体系为水合二氧化硅；

e)将上述水合二氧化硅过滤，用去离子水洗涤，直到洗出液中无Cl^-、SO₄ ^2-、Na⁺为止；

f)将洗净后的沉淀在300℃干燥，控制其水分为5～8％，得到纳米高纯二氧化硅。