一、用硅藻土生產(chǎn)超細(xì)和納米二氧化硅

鄭水林 王光玉 李楊 姜中強(qiáng) 杜高翔 楊紅彩 劉福來 王艷玲等

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

一、內(nèi)容簡介

以低品位硅藻土為原料，采用物理提純、超細(xì)和表面處理、化學(xué)法（堿溶、消褲酸析）和粒子阻隔技術(shù)制備超細(xì)和納米二氧化硅，產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)如下：①物理法超微細(xì)二氧化硅：SiO2含量（干基）≥90%，pH＝6.5～7.5，比表面積50～100 m2/g，孔體積0.2～0.6 mL/g；細(xì)度d97≤2～3μm（平均粒度≤1μm），吸油值（150±50） mL/100 g。②化學(xué)法超細(xì)二氧化硅SiO2含量（干基）≥99%，pH＝5.5～7.0，比表面積300～450 m2/g，孔體積0.6～2.0 mL/g，白度≥92；細(xì)度平均粒徑（離心沉降） 1～3μm，吸油值（280±50）mL/100 g。③納米二氧化硅：SiO2含量（干基）≥99%，pH＝5.5～7.0，比表面積400～700 m2/g，孔體積0.4～1.5 mL/g，白度≥92；粒徑（透射電鏡） 10～60nm，吸油值（310±50） mL/100 g。

項目在實驗室細(xì)致的制備條件及試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)大試驗，從實驗室小型綜合試驗到擴(kuò)大試驗放大800倍，結(jié)果總體上好于實驗室小型試驗。在擴(kuò)大試驗過程中，雖然對比表面積指標(biāo)有目的地通過沉析工藝和粒子阻隔劑進(jìn)行了調(diào)節(jié)，但樣品白度、純度指標(biāo)基本穩(wěn)定。

二、推廣應(yīng)用

3×104t/a超微細(xì)二氧化硅生產(chǎn)線正在吉林省臨江市建設(shè)并已部分投產(chǎn)（吉林省第二批東北老工業(yè)基地調(diào)整改造國債項目）。

本項目物理法超細(xì)二氧化硅的主要目標(biāo)市場為膠鞋和除睜咐輪胎外的其他淺色橡膠制品；化學(xué)法超細(xì)二氧化硅的主要目標(biāo)市場為“綠色輪胎”、油漆涂料和油墨（增稠劑和消光劑）、功能塑料悉橋純、硅橡膠等；納米二氧化硅的主要目標(biāo)市場為彩噴紙、硅橡膠、油漆涂料和油墨（消光劑）、化纖填料等。這些領(lǐng)域與現(xiàn)代高技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)，發(fā)展速度快，市場前景好。這些材料的應(yīng)用對于資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

三、鑒定、獲獎、專利情況

該成果于2004年6月28日通過吉林省科技廳組織的技術(shù)成果鑒定。

該項目的核心技術(shù)已通過國家知識產(chǎn)權(quán)局的實質(zhì)審查，獲得授權(quán)（專利號：ZL 02156764.6；授權(quán)公告日2005年7月27日）。

二、生產(chǎn)氣相法二氧化硅的工藝流程

經(jīng)過洗滌塔 填料塔 洗干凈了再排個空

三、工業(yè)上生產(chǎn)二氧化硅原理和工藝流程？？？

1 制備二氧化硅部分

1. 1 主要原料、設(shè)備和儀器

主要原料:工業(yè)硅酸鈉 , ρ=1.384 g/cm3;工業(yè)硫酸;乳化劑;氨水;合成蠟。

主要設(shè)備和儀器:搪瓷( 帶攪拌,夾套加熱 )釜 ;高速攪拌機(jī);噴霧干燥機(jī);氣流粉碎機(jī);壓濾機(jī)。

1. 2 蠟乳化液配制

將合成蠟和適當(dāng)乳化劑、水按一定比例高速分散 50～60 min,制備穩(wěn)定的乳化液。

1. 3 SiO2消光劑的制備

在搪瓷釜內(nèi)加入一定量的稀硅酸鈉溶液和蠟乳化液 ,攪拌條件下 ,以一定速度加入稀硫酸 ,釜內(nèi)出現(xiàn)凝膠后將其打碎 ,繼續(xù)加酸至中性 ,攪拌 15 min至反應(yīng)完全。隨后將物料迅速升溫 ,以稀硫酸或氨水調(diào)節(jié)溶液的 pH,在 85～95 ℃保溫老化一定時間。將沉淀物過濾洗滌至中性 ,把水洗后的凝膠加適量去離子水至固含量 10%,高速攪拌30～40 min,用噴霧干燥機(jī)干燥。最后 ,控制氣流粉碎機(jī)的工藝條件得到平均粒徑 4～8 um的 SiO2消光劑。

2 結(jié)果與討論

2. 1 成膠工藝條件對 SiO2凝膠孔特性的影響

2. 1. 1 膠凝時間的影響

在常溫條件下 ,通過調(diào)節(jié)加酸速度,控制膠凝時間。加酸速度快 ,膠凝時間快 ,反之 ,膠凝時間慢。由圖 1可見 , SiO 凝膠的孔體積隨膠凝時間的增加而減小 ,瞬間凝膠 , SiO2 凝膠孔體積較大 ,膠凝時間越長 ,孔體積越小。因此 ,控制膠凝時間可以制備孔體積為 0. 8～1. 7 mL/g的不同型號的 SiO2 消光劑。

2. 1. 2 反應(yīng)溫度的影響 見圖 2

由圖 2可見 ,反應(yīng)溫度 25～40 ℃時 , SiO2 凝膠孔體積最大 ,反應(yīng)溫度偏低或偏高孔體積都會降低 ,而且 ,當(dāng)溫度較高時 ,出現(xiàn)局部凝膠將影響產(chǎn)品性能。因此 ,選擇反應(yīng)溫度 25～40 ℃。

2. 1. 3 老化條件的影響 見圖 3

由圖 3可見 ,隨著老化時間增加 ,孔體積逐漸增加。酸性條件老化 ,孔體積較低;中性條件老化,孔體積增大;堿性條件與中性條件變化不大。因此選擇中性或堿性條件老化 ,老化時間 2 h。

2.2 蠟表面處理對 SiO2 凝膠性能的影響

用蠟對二氧化硅進(jìn)行表面處理 ,常用的方法有機(jī)械混合法和乳化蠟法。不同改性方法對 SiO2 凝膠性能的影響如表 1所示。

表 1 不同改性方法對 SiO2 凝膠性能的影響

改性方法 灼燒失重/(%) 孔體積/(mL·g) 比表面/(m·g) 分散性

加蠟前 加蠟后 加蠟前 加蠟后 加蠟前 加蠟后

機(jī)械混合法 4 13～15 1. 12 1. 03 318 300 較差

乳化蠟法 4 13～15 1. 15 1. 04 320 287 好

由表 1可見 ,兩種方法都能將蠟涂敷到凝膠孔中 ,使凝膠的孔體積和比表面均有所下降 ,灼燒失重增加。由灼燒失重可以得出 ,蠟處理的二氧化硅中蠟含量大約 9%～11% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 。但機(jī)械混合法的樣品放入水中 ,經(jīng) 2 h高速攪拌仍有部分浮在水面 ,分散性較差;而乳化蠟法樣品的親水性明顯提高 ,放入水中自動潤濕 ,本實驗選擇乳化蠟法。

2. 3 SiO2消光劑在家具漆中的應(yīng)用試驗

實驗選擇膠凝時間 5 ～7 min、反應(yīng)溫度25～40 ℃、中性條件老化和老化時間 2 h,乳化蠟法制得孔體積為 1. 2mL/g的蠟處理 SiO2消光劑 ,將不同用量的消光劑用高速攪拌分別加入到 3種家具漆中涂片后 ,消光效果如圖 4所示:隨消光劑用量的增加光澤減小 ,在硝基漆中消光效果最好,消光劑用量約 6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時 ,可使涂膜光澤達(dá)到平光;醇酸漆中消光劑用量約 9% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 時 ,消光效果也較好;在聚胺酯漆（單組分）中消光效果稍差。

3 結(jié)論

1 采用凝膠法工藝合成超微細(xì)二氧化硅時,當(dāng)反應(yīng)溫度 25～40 ℃、中性或堿性條件老化、老化時間 2 h,通過控制膠凝時間可以制備不同孔體積的SiO2消光劑。

2 將蠟用乳化劑配成乳化液 ,然后同原料硅酸鈉一起反應(yīng) ,可以制備分散性能良好的蠟處理 SiO2消光劑 ,其中蠟含量大約 9%～11% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 。

3 乳化蠟法制得孔體積為 1. 2 mL/g的蠟處理SiO2消光劑用于硝基漆、醇酸漆中消光效果較好 ,在聚胺酯漆（單組分）中消光效果稍差。

標(biāo)簽：二氧化硅工藝流程原理