[发明专利]硅藻土为原料制备二氧化硅气凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工材料制备技术领域，尤其涉及一种以硅藻土为原料制备 二氧化硅气凝胶的方法，

背景资料

硅藻土是由硅藻形成的一种硅质生物沉积岩。硅藻是一种具有色素体 的单细胞植物，具有上下壳结构和华丽图案的硅藻骨骼，常由几个或很多 细胞个体连结成各式各样的群体。硅藻繁殖能力极强，1个硅藻在1个月内 可以繁殖到近1亿个，分布几乎覆盖地球的所有水域。硅藻的细胞壁由大 量的硅质组成，当这些硅藻死亡之后，其硅质壳壁沉积水底，在一定地质 条件下，经过长时间积累和地壳作用，形成了硅藻土。

目前，世界已探明的硅藻土产出国家达20多个，其中欧洲储量最为丰 富，其次是南美和北美。我国已在11个省发现硅藻土矿床40多处，远景储 量达20亿吨，仅次于美国，居世界第二位。其中，吉林省占54.8％，其次 是云南和浙江。

硅藻土主要化学成分为SiO₂，含有少量的Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、 K₂O、Na₂O、P₂O₅和有机质。SiO₂通常占80％以上，最高可达94％，多为 无定形非晶态。硅藻土的松散密度为300-500kg/m³，莫氏硬度为1-1.5，孔 隙率可达80-90％，能吸收自身重量1.5-4倍的水，是热、电、声的不良导体， 化学稳定性高。这种特殊的化学组成和复杂的多孔结构使得硅藻土具有其 他任何天然形式的SiO₂所无法比拟的工业价值。

利用硅藻土的微孔结构和颗粒分布特征，将其用于高渗透性助滤剂领 域已在国外得到了很大的发展。目前美国开发的硅藻土中用于过滤的为65 ％以上，欧洲可达70％以上。另外，硅藻土在隔热保温材料、功能性填料、 化工催化剂载体、抛光剂等领域也有较为广泛的用途。我国硅藻土年产量 约3O万吨，其中10万余吨用于出口，与美国的硅藻土消费量相差约4倍， 且消费组成为60％以上用于生产保温材料，10％用于生产各种填料，少部 分用于助滤剂，消费结构单一，与发达同家存在明显差距。引起这种差距 的主要原因是我国硅藻土矿藏品味较低，杂质含量高影响了其深加工处 理。因此，根据我国硅藻土的特点，开发硅藻土的新用途将给硅藻土行业 带来新的机遇。

近年来我国研究者对开发硅藻土应用于高渗透性助滤剂、多孔陶瓷、 微孔玻璃、纳米沸石、沥青改性剂、杀虫剂、土壤改良剂等方面进行了大 量研究，取得了较大的进展。也有研究利用硅藻土无定形SiO₂含量高的 特点，制备白炭黑用于橡胶补强剂、涂料或塑料添加剂。

公开号为CN1212267C的专利文献中公开了一种利用硅藻土为原料， 利用酸沉析制备纳米二氧化硅的方法，其工艺简单，生产成本低。为防止 氧化硅颗粒团聚，沉析过程中或沉析终点需加入粒子阻隔剂或表面处理 剂。因此产品的纯度难以控制。公开号为利CN1923685A的专利文献中 公开了一种利用硅藻土助滤剂废渣为原料，通过与纯碱高温共熔、粉碎， 并旋风分离制备出硅藻土二氧化硅。该方法原料成本低，但高温熔烧的温 度需超过900℃，时间为2小时，能耗太大。

与普通SiO₂粉体相比，SiO₂气凝胶作为一种低密度、高孔隙率纳米 多孔非晶固体材料被称为21世纪的新材料，已引起了广大研究者的浓厚 兴趣。由于SiO₂气凝胶内含纳米孔洞结构，典型孔洞尺寸为1-100nm， 固态网络结构单元尺寸为1-20nm，孔洞率高达80.0％-99.8％，比表面积 高达800-1000m²/g，密度最小可达3kg/m³，导热系数可低至0.015w/m·k， 因此在力学、声学、热学、光学等方面均显示独特性质，可广泛应用与航 空航天、化工、节能建筑、军事、通讯、电子、冶金等领域。