CN209890260U - 一种单质硅水解法硅溶胶的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种单质硅水解法硅溶胶的制备装置，其组成包括：三口烧瓶的左瓶口、上瓶口、右瓶口分别与碱液泵的出口管、冷凝器、硅粉进料泵的出口管连接，硅粉进料泵的进口管与溶解槽连通，搅拌器的搅拌部插入到溶解槽内对硅粉进行溶解搅拌。其有益效果是：本实用新型采用硅粉预分散改善了硅粉在反应体系中分散性差的问题，并通过加料泵精准控制硅粉分散液和碱液的加入速度，自动化程度相对较高，有利于提高硅溶胶制备的效率和稳定性。

Description

一种单质硅水解法硅溶胶的制备装置

技术领域

本实用新型涉及硅溶胶的制备技术，特别是指一种单质硅水解法硅溶胶的制备装置。

背景技术

硅溶胶是二氧化硅胶团分散于水中的分散液，可表示为mSiO₂·nH₂O，外观多呈乳白色或淡青色的透明溶液状，胶粒粒径一般为3~100 nm。因为硅溶胶具有较大的比表面积、良好的分散性、稳定性、透光性和无臭、无毒，近年来被广泛应用于催化剂、涂料、精密铸造、化学机械抛光等领域。

目前，硅溶胶的制备方法主要有单质硅水解法、离子交换法、电解电渗析法、胶溶法和硅酸酯水解法等。其中，单质硅水解法是通过高纯单质硅粉和稀碱溶液反应，所得硅溶胶胶粒具有稳定性好、含杂质较少的特点，并且工艺简单、易于操作。然而，目前单质硅水解法制备硅溶胶的工艺仍存在颇多问题，如单质硅粉疏水性强，直接引入水体系分散性差，导致转化率低；设备自动化程度低，生产不稳定，导致硅溶胶颗粒不均匀、浓度偏低；反应时间较长，导致生产效率低等。

实用新型内容

本实用新型为解决现有单质硅水解法硅溶胶制备装置能耗大、自动化程度低、产能低、品质不稳定、不适宜大规模生产的问题，提出一种单质硅水解法硅溶胶的制备装置。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种单质硅水解法硅溶胶的制备装置，包括加料系统和反应系统，加料系统包括搅拌器、溶解槽、硅粉进料泵、碱液泵，反应系统包括三口烧瓶、搅拌加热器、冷凝器，所述三口烧瓶放入所述搅拌加热器的加热槽内，所述三口烧瓶的左瓶口、上瓶口、右瓶口分别与碱液泵的出口管、冷凝器、硅粉进料泵的出口管连接，所述硅粉进料泵的进口管与所述溶解槽连通，所述搅拌器的搅拌部插入到所述溶解槽内。

在所述三口烧瓶内还设置有搅拌子。

所述搅拌加热器采用磁力搅拌加热器，其上部为加热槽，所述搅拌加热器采用水浴控温，所述搅拌子与所述搅拌加热器相配合进行搅拌。

所述冷凝器冷却介质为冷却水，所述冷凝器的出口连接有尾气收集装置。

本实用新型的有益效果是：

1、通过机械搅拌将硅粉分散后再加入反应器，避免了硅粉直接加入时由于硅粉疏水性强导致的分散性差的问题；

2、采用蠕动泵或隔膜泵等加入硅粉分散液，可以精准控制加入速度；

3、采用注射泵或柱塞泵或隔膜泵等加入碱液，可以精确控制催化剂的加入速度，从而控制反应速度，并且可以同时加入硅粉分散液和催化剂溶液；

4、底座磁力搅拌加热器既可以加热，还可以利用搅拌子搅拌，可满足其他多种反应条件。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示一种单质硅水解法硅溶胶的制备装置，包括加料系统和反应系统，加料系统包括搅拌器4、硅粉进料泵5、碱液泵3，反应系统包括三口烧瓶1、搅拌加热器2、冷凝器6，三口烧瓶1放入搅拌加热器2的加热槽11内，三口烧瓶1的左瓶口、上瓶口、右瓶口分别与碱液泵3的出口管、冷凝器6、硅粉进料泵5的出口管连接，硅粉进料泵5的进口管与溶解槽10连通，搅拌器4的搅拌部插入到溶解槽10内。

将硅粉、去离子水加入到溶解槽10中，采用搅拌器4混合得到硅粉分散液，通过硅粉的预分散改善硅粉在反应体系中分散性差的问题。

硅粉进料泵5主要用于将溶解槽10内溶液送入到三口烧瓶1内，一般采用蠕动泵或者隔膜泵，但不限于这两种泵，硅粉进料泵5可以硅粉分散液控制进入到三口烧瓶1内的速度。

碱液泵3是将碱液注入到三口烧瓶1内，其为带有推进器7与注射器8的注射泵，此外还可以是柱塞泵、隔膜泵等；碱液泵3内的碱液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠溶液的一种或者两种溶液的混合；碱液泵3可以控制碱液进入三口烧瓶的速度。

在三口烧瓶1内还设置有搅拌子9，搅拌加热器2采用磁力搅拌加热器，其上部为加热槽11，搅拌加热器2采用水浴或者油浴进行控温，搅拌子9与搅拌加热器2相配合进行搅拌。

冷凝器6冷却介质为冷却水或者自来水，冷凝器6的出口连接有尾气收集装置对排放的尾气进行收集。

本装置的工作过程如下：首先将硅粉、去离子水加入到溶解槽10中，通过搅拌器4搅拌形成均匀硅粉分散液，然后通过硅粉进料泵5将部分硅粉分散液打入三口烧瓶1中；向三口烧瓶1中放入搅拌子9，打开磁力搅拌加热器2设定温度与搅拌速度；当磁力搅拌加热器2的显示温度达到设定温度，打开冷凝器6的冷却水阀门；向碱液泵3的注射器8内注入碱液，然后通过碱液泵3的推进器7将部分碱液打入到三口烧瓶1中，反应开始进行；反应一定时间后，再同时打开蠕动泵5和碱液泵3将剩余的硅粉分散液和碱液加入三口烧瓶1中；进料完毕后，继续反应、老化一定时间，得到一定浓度的硅溶胶溶液。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种单质硅水解法硅溶胶的制备装置，其特征在于：包括加料系统和反应系统，加料系统包括搅拌器、溶解槽、硅粉进料泵、碱液泵，反应系统包括三口烧瓶、搅拌加热器、冷凝器，所述三口烧瓶放入所述搅拌加热器的加热槽中，所述三口烧瓶的左瓶口、上瓶口、右瓶口分别与碱液泵的出口管、冷凝器、硅粉进料泵的出口管连接，所述硅粉进料泵的进口管与所述溶解槽连通，所述搅拌器的搅拌部插入到所述溶解槽内。

2.根据权利要求1所述的单质硅水解法硅溶胶的制备装置，其特征在于：在所述三口烧瓶内还设置有搅拌子。

3.根据权利要求2所述的单质硅水解法硅溶胶的制备装置，其特征在于：所述搅拌加热器采用磁力搅拌加热器，其上部为加热槽，所述搅拌加热器采用水浴控温，所述搅拌子与所述搅拌加热器相配合对所述三口烧瓶进行搅拌。

4.根据权利要求1所述的单质硅水解法硅溶胶的制备装置，其特征在于：所述冷凝器冷却介质为冷却水，所述冷凝器的出口连接有尾气收集装置。

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