[发明专利]一种气相法制备纳米二氧化硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化硅，具体地说，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

白炭黑学名为水合二氧化硅，分子式为SiO₂·nH₂O，是细微粉末状或超细粒子状的二氧化硅，原始粒径小于0.0003mm，比重为2.319～2.653，熔点为1750℃。水合二氧化硅是德国在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、制鞋工业中用量最大。

气相白炭黑是一种技术含量很高的精细化学品，其价格是SiO₂品种中价值最高的。有关该产品的业务遍及世界各地，但其生产却高度集中，核心技术主要由Degussa、Cabot、Wacker、Tokuyama、OAO等少数几家国外公司控制，生产能力几乎占据了全球所有，使得其它厂家很难进入该领域。德国迪高沙(Degussa)公司和美国卡伯特(Cabot)公司的气相法生产技术全球领先。他们的生产装置规模大，自动化程度高，产品成本低，牌号(尤其是应用于特殊领域的功能性专用产品牌号)多，品质好，如表面积分布均匀、含水量低。我国的企业也采用气相法生产，但在生产规模、生产技术、自动化程度及产品牌号等方面远不及国外大公司。近几年，我国气相法白炭黑产业进入高速发展阶段，市场需求年均增长幅度为31.6％。由于国内产量无法满足市场需求，每年尚需大量进口。

因此，本发明的目的在于提供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。

发明内容

本发明的提供一种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。

在一个优选的实施方案中，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。

在另一个优选的实施方案中，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。

优选的是，所述分散剂与所述粉煤灰的重量比为1∶0.1～4，以使生产出粒子分布均匀、不易团聚的产品。

优选的是，所述表面分散剂选自乙醇、乙二醇、丙三醇、十二烷基硫酸钠、柠檬酸中的一种或多种。

更优的是，所述表面分散剂为40％的乙醇，水解条件是：在10～60℃条件下，搅拌2～10小时。

本发明有两条工艺路线：

1、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。

2、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控制，生产环境更加符合环保要求，可降低生产成本。

本发明的有益效果为：