CN1807240A - 粉煤灰气相法制备纳米二氧化硅的方法 - Google Patents
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Abstract
粉煤灰气相法制备纳米二氧化硅的方法,涉及一种制备无定型纳米二氧化硅的方法。本发明利用粉煤灰中的四氟化硅水解生成硅胶,经干燥得到纳米二氧化硅。其原料成本低廉,工艺简单,易于生产控制。生产的白炭黑为白色无定形絮状半透明固体,无毒,有很大的比表面积(100~400m2/g);另,产品高化学纯度及高分散性能,在空气中吸收水后聚集成颗粒,能溶于氢氧化钠和氢氟酸中,对其他化学药品稳定,耐高温,不燃烧,具有很高的电绝缘性,很强的稳定性、补强性、增稠性和触变性,是一种重要的化工原料,具有较高的表面活性,广泛应用于橡胶等其他材料混合时,显示出较高的补强效果与优异的物理特性,是透明和彩色制品不可缺少的材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备无定型纳米二氧化硅的方法。
背景技术
白炭黑化学名称为水合二氧化硅,分子式为SiO2·nH2O,是细微粉末状或超细粒子状的二氧化硅,原始粒径为小于0.0003mm,比重为2.319~2.653,熔点为1750℃。白炭黑是德国在20世纪40年代作为炭黑的代用品开发出来的,现已广泛的应用于橡胶、制鞋、油漆、造纸、合成树脂和油脂等工业部门,其中橡胶,制鞋用量最大。
目前世界上白炭黑总生产能力还未达到70余万t/a,其中沉淀法为66万t/a,气相法的为6万t/a。生产能力最大的为西德的迪高沙公司,白炭黑总生产能力为22万t/a,美国德PPG公司仅次于西德迪高沙公司属世界第二位。生产方法有干法和湿法二种。干法包括气相法和电弧法,湿法分沉淀法和凝胶法。因为干燥方法不同,凝胶法又分位普通干燥类和气凝胶类。
发明内容
本发明的目的是提出一种以低成本的粉煤灰为原料,气相法制备纳米二氧化硅的方法。
本发明采用粉煤灰水解生成硅胶,经干燥得到纳米二氧化硅。
本发明利用粉煤灰中的四氟化硅水解生成硅胶,经干燥得到纳米二氧化硅。其原料成本低廉,工艺简单,易于生产控制。生产的白炭黑为白色无定形絮状半透明固体,无毒,有很大的比表面积(100~400m2/g);另,产品高化学纯度及高分散性能,在空气中吸收水后聚集成颗粒,能溶于氢氧化钠和氢氟酸中,对其他化学药品稳定,耐高温,不燃烧,具有很高的电绝缘性,很强的稳定性、补强性、增稠性和触变性,是一种重要的化工原料,具有较高的表面活性,广泛应用于橡胶等其他材料混合时,显示出较高的补强效果与优异的物理特性,是透明和彩色制品不可缺少的材料。
本发明有两条具体工艺路线:
一条是:先将粉煤灰经过15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时后,再在环境温度为-4℃~25℃的条件下,将粉煤灰与CaF2以质量比为1∶1~3的比例混合置于容器中,滴加浓H2SO4,与粉煤灰的重量比为1∶0.1~4,搅拌反应,把生成的四氟化硅气体导入水解装置中,再向水解装置加入表面分散剂进行水解,最后,将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米SiO2·nH2O。
另一条是:先将粉煤灰经过15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时后,再将粉煤灰与浓H2SO4按质量比1∶0.1~3混合,置于容器中,于-4℃~25℃缓慢加入无水氢氟酸,将生成的气体导入一个水解装置中,再向水解装置加入表面分散剂进行水解,最后,将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米SiO2·nH2O。
第二种方法较第一种方法易于生产控制,生产环境更加符合环保要求,可降低生产成本。
另:为了生产出粒子分布均匀、不易团聚的产品,加入的分散剂与粉煤灰的重量比为1∶0.1~4。
上述表面分散剂可以为乙醇、乙二醇、丙三醇、十二烷基硫酸钠、柠檬酸的至少任意一种。
当采用40%的乙醇溶液为表面分散剂时,水解条件是:在10~60℃条件下,搅拌2~10小时。
附图说明
图1是粒径为6~8mn的纳米二氧化硅的TEM照片。
图2是粒径为10~15mn的纳米二氧化硅的TEM照片。
图3是粒径为15~20mn的纳米二氧化硅的TEM照片。
图4是粒径为20~30mn的纳米二氧化硅的TEM照片。
图5是粒径为80~100mn的纳米二氧化硅的TEM照片。
具体实施方式
方法一:
步骤一:
预处理粉煤灰:将粉煤灰置于15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时,备用。
步骤二:
将100kg粉煤灰与100kg~300kg CaF2分别投入反应釜中,搅拌混合均匀后,向反应釜滴加10kg~400kg浓H2SO4,在-4℃~25℃条件下搅拌反应,把生成的四氟化硅气体用管道导入水解装置中。
步骤三:
向水解装置加入10kg~100kg表面分散剂,进行水解,生成的白色固体。
步骤四:
将白色固体用400目的板框压滤机过滤,再干燥,最后制得纯白疏松的无定型纳米SiO2·xH2O。
方法二:
步骤一:
预处理粉煤灰:将粉煤灰置于15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时,备用。
步骤二:
将100kg粉煤灰与10kg~300kg浓H2SO4分别投入铁制的反应釜中,于-4℃~25℃下,缓慢加入10~100kg无水氢氟酸,把生成的四氟化硅气体用管道导入水解装置中。
步骤三:
向水解装置加入10~100kg表面分散剂,进行水解,生成的白色固体。
步骤四:
将白色固体用400目的板框压滤机过滤,再干燥,最后制得纯白疏松的无定型纳米SiO2·xH2O。
上述两种方法中,表面分散剂可以为乙醇、乙二醇、丙三醇、十二烷基硫酸钠和柠檬酸的任一种,可分别得到粒径为6~8nm,10~15nm,20~30nm和80~100nm的无定型纳米SiO2·nH2O,如图1至5所示。
表面分散剂也可以为乙醇、乙二醇、丙三醇、十二烷基硫酸钠和柠檬酸的任两种或三种或四种或五种
其中,采用40%的乙醇溶液为表面分散剂,控制温度在10~60℃,加热搅拌2~10小时,颗粒的粒径大小可控制为6nm~100nm。
Claims (6)
1、粉煤灰气相法制备纳米二氧化硅的方法,其特征在于:采用粉煤灰水解生成硅胶,经干燥得到纳米二氧化硅。
2、根据权利要求1所述粉煤灰气相法制备纳米二氧化硅的方法,其特征在于:先将粉煤灰经过15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时后,再在环境温度为-4℃~25℃的条件下,将粉煤灰与CaF2以质量比为1∶1~3的比例混合置于容器中,滴加浓H2SO4,与粉煤灰的重量比为1∶0.1~4,搅拌反应,把生成的四氟化硅气体导入水解装置中,再向水解装置加入表面分散剂进行水解,最后,将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米SiO2·nH2O。
3、根据权利要求1所述粉煤灰气相法制备纳米二氧化硅的方法,其特征在于:先将粉煤灰经过15%~25%的稀硫酸酸浸泡0.1~3小时后,再将粉煤灰与浓H2SO4按质量比1∶0.1~3混合,置于容器中,于-4℃~25℃缓慢加入无水氢氟酸,将生成的气体导入一个水解装置中,再向水解装置加入表面分散剂进行水解,最后,将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米SiO2·nH2O。
4、根据权利要求2或3所述粉煤灰气相法制备纳米二氧化硅的方法,其特征在于:加入的分散剂与粉煤灰的重量比为1∶0.1~4。
5、根据权利要求4所述粉煤灰气相法制备纳米二氧化硅的方法,其特征在于:表面分散剂为乙醇、乙二醇、丙三醇、十二烷基硫酸钠、柠檬酸的至少任意一种。
6、根据权利要求5所述粉煤灰气相法制备纳米二氧化硅的方法,其特征在于:采用40%的乙醇溶液为表面分散剂,水解条件是:在10℃~60℃条件下,搅拌2~10小时。
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