超细二氧化硅的制备

2. 二氧化硅简介


2.3二氧化硅的性质
二氧化硅化学性质很稳定。不溶于水也不跟水反 应，是酸性氧化物，不跟一般酸反应。气态氟化氢或 氢氟酸跟二氧化硅反应生成气态四氟化硅。跟热的强 碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。跟多种金属 氧化物在高温下反应生成硅酸盐。用于制造石英玻璃、 光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤 维，陶瓷等。二氧化硅的性质不活泼，它不与除氟、 氟化氢和氢氟酸以外的卤素、卤化氢和氢卤酸以及硫 酸、硝酸、高氯酸作用。氟化氢(氢氟酸)是唯一可使二 氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸。
2.实验步骤







水热法合成步骤： （1）称取1.6g硬脂酸于350ml去离子水中，在90度水浴 加热下使其溶化。 （2）配制2mol/L的NaOH溶液逐渐滴加到上述硬脂酸 溶液中，知道页面小油滴消失并产生泡沫为止。 （3）加入模数为3.278的水玻璃，及50ml 0.6mol/L的 NaAlO2溶液，逐渐加入1:10的硫酸，至pH在10-12之间。 （4）将上述溶液加入到反应釜中，在180度下反应4h， 冷却，测定pH。 （5）抽滤洗涤至pH=7，称湿重，恒温干燥，称干重， 计算含水量。 （6）将样品装样，进行电镜和激光粒度表征。
3.现有的研究成果



（3）溶胶-凝胶法（Sol-Gel） 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）最早源于十九世纪中叶，Ebelman和 Graham发现正硅酸四乙酯（TEOS）在酸性条件下会产生玻璃态 的SiO2 。溶胶-凝胶法就是将金属醇盐溶解在有机溶剂中，通过 水解聚合反应形成均匀的溶胶，进一步反应并失去大部分有机溶 剂转化成凝胶，再通过热处理，制备成膜的化学方法。SiO2的颗 粒粒径易受反应物的影响，如水和NH3H2O的浓度、硅酸酯的类 型（正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯等）、不同的 醇（甲醇、乙醇、丙醇、戊醇等）、催化剂的种类（酸或碱）及 不同的温度等，对这些影响因素的调控，可以获得各类结构的纳 米SiO2 。该制备方法反应过程如下： Si(OC2H5)4+4H2O→Si(OH)4+4C2H5OH Si(OH)4+Si(OC2H5)4 →SiO2+4C2H5OH Si(OH)4 →SiO2+H2O




3.现有的研究成果



（2）化学沉淀法 沉淀法是液相化学合成高纯度纳米级二氧化硅粒子 采用的较为广泛的方法。它是以水玻璃和盐酸或其他 酸化剂为原料，适时加入表面活性剂到反应体系中， 控制合适的合成温度，直至沉淀溶液的pH值为8左右加 入稳定剂，将得到的沉淀用离心法分离洗涤，经一定 且合适的温度干燥，最后高温灼烧一定时间后得到白 色轻质的SiO2粉末。原理如下： Na2SiO3+HCl→xSiO2·yH2O+NaCl xSiO2·yH2O→SiO2+H2O
2. 二氧化硅简介


2.2 二氧化硅的结构 二氧化硅又称硅石，化学式SiO2。自然界中存在有 结晶二氧化硅和无定形二氧化硅两种。结晶二氧化硅 因晶体结构不同，分为石英、鳞石英和方石英三种。 纯石英为无色晶体，大而透明棱柱状的石英叫水晶。 普通的砂是细小的石英晶体，有黄砂(较多的铁杂质)和 白砂(杂质少、较纯净)。二氧化硅晶体中，硅原子的4 个价电子与4个氧原子形成4个共价键，硅原子位于正 四面体的中心，4个氧原子位于正四面体的4个顶角上， 整个晶体是一个巨型分子，SiO2是表示组成的最简式 不表示单个二氧化硅分子，仅是表示二氧化硅晶体中 硅和氧的原子个数之比。SiO2中Si—O键的键能很高， 熔点、沸点较高（熔点1723℃，沸点2230℃）。自然 界存在的硅藻土是无定形二氧化硅，是低等水生植物 硅藻的遗体，为白色固体或粉末状，多孔、质轻、松 软的固体，吸附性强。
3.现有的研究成果



（5）水热合成法 水热合成法是指在特制的密闭反应容器（高压釜） 里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热， 创造一个高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶 的物质溶解并且重结晶。 中科院硅酸盐所的仲维卓教授等研究了水热条件 下合成A2O3、ZrO2、Fe2O3等晶体的影响因素，提出 了负离子配位多面体生长基元模型。负离子配位多面 体生长基元模型认为，在结晶过程中，溶液中存在的 生长基元是络合剂为OH－的络合物，其配位数与形成 的晶体的配位数一致。
2. 二氧化硅简介

2.1 二氧化硅概述 化学式SiO2，式量60.08。也叫硅石，是一 种坚硬难溶的固体。它常以石英、鳞石英、方 石英三种变体出现。从地面往下16千米几乎65 ％为二氧化硅的矿石。天然的二氧化硅分为晶 态和无定形两大类，晶态二氧化硅主要存在于 石英矿中。纯石英为无色晶体，大而透明的棱 柱状石英为水晶。二氧化硅是硅原子跟四个氧 原子形成的四面体结构的原子晶体，整个晶体 又可以看作是一个巨大分子，SiO2是最简式， 并不表示单个分子。
2.实验步骤



2.2 水玻璃的模数测定 操作方法： （1）称取一定量的固体水玻璃于反应釜中，加入一定体积的去离 子水，在140度下溶解3h。溶解完成后取出溶液置于瓶中备用。 （2）用移液管取1ml溶解好的待测水玻璃溶液于250ml锥形瓶中， 加入20-30ml去离子水稀释。 （3）加入两滴甲基红指示剂而后用标定过的稀硫酸进行滴定，当 溶液由绿色变为浅酒红色时为终点。记录体积V。 （4）向滴定后的溶液中加入30mlNaF，振荡至溶液由紫红色变为 绿色，用稀硫酸滴定至紫红并过量2ml，记V2，静置2-3min。 （5）用NaOH溶液滴定至亮绿色，记V3。 （6）做三次平行实验。 （7）计算模数。
一、文献综述部分
1.相关领域的历史、现状及发展前沿
1.1 粒子分类 粒子按尺寸分类一般可分为原子团簇、纳米 粒子、亚微米粒子、超细粉等。原子团簇：是 指尺寸在0.1～1nm间的粒子，一般是由多个原 子组成的小粒子。纳米粒子：是指尺寸在1～ 100nm间的粒子，处于微观体系和宏观体系之 间。亚微米粒子：是指尺寸在100nm～1μm间 的粒子。超细粉：是指尺寸在1μm～10μm间的 粒子。当粒子尺寸达到超细甚至纳米级别，会 出现很多特殊的性能。

二、实验部分
1.实验准备




1.1 实验材料 水玻璃 氟化钠（分析纯） 偏铝酸钠（分析纯） 硫酸（分析纯） 去离子水 氢氧化钠（分析纯） 硬脂酸钠（分析纯）
1.实验准备





1.2 实验仪器 各种大小烧杯若干 玻璃棒 量筒*2 高压反应釜 天平 减压抽滤装置 烘箱 pH试纸 大滤纸 装样带 容量瓶 锥形瓶 移液管 酸式滴定管 碱式滴定管 水浴锅
2.实验步骤

来自百度文库
2.3超细二氧化硅的制备 水热法原理：水热法又称热液法，属于液相化学法的 范畴，是指在密封的压力容器中，以水为溶剂，在高 温高压的条件下进行的化学反应。水热反应根据反应 类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、 水热合成、水热水解、水热结晶。 水热法是利用高温高压的水溶液是那些在大气条件下 不溶的或难溶的物质溶解，或反应生成该物质的溶解 产物，通过控制反应釜内溶液的温差使产生对流以形 成过饱和状态而析出生长晶体的方法。
3.目前的实验进展


1.稀硫酸的标定； 2.水玻璃模数的测定： x=3.278 3.
1 PH 转速 r/min 湿重 g 干重 g 11 200 101.5 29 2 10-11 210 161.5 30.5 3 10-11 190 132.5 29.5 4 11-12 205 71.5 21.5 5 11-12 210 81.5 22.5 6 12 205 89.5 27 7 11-12 215 89 29.5
3.现有的研究成果


3.1.2 化学方法
化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细SiO2颗 粒。化学法包括化学气相法（CVD）、化学沉淀法、 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）、微乳法和水热合成法等。 （1）气相法（CVD） 气相法（CVD）制备超细或纳米无定形二氧化硅 的主要原料是可挥发性、可水解性的无机或有机硅烷， 其中使用最广泛的是卤硅烷，如SiCl4、CH3SiCl3等。 20世纪80年代以前，气相法二氧化硅的主要生产原料 为SiCl4，其反应方程式如下所示： 2H2+O2→2H2O SiCl4+2H2O→SiO2+4HCl 2H2+O2+SiCl4→SiO2+4HCl 该工艺容易控制，但是在当时SiCl4昂贵，成本很高。
2.实验步骤

2.1 稀硫酸的标定： （1）稀硫酸的配制：用量筒取100ml浓硫酸，缓慢加入 放有500ml去离子水的900ml大烧杯中，边加酸边搅拌， 带全部混入去离子水后继续搅拌一段时间，待冷却后 转移到1000ml的容量瓶，稀释到刻度线。 （2）取一些Na2CO3将其全部溶于去离子水中，在150ml 容量瓶中定容。用10ml移液管分别取三次上述溶液去3 个250ml的锥形瓶中，加入几滴甲基红作指示剂，用稀 硫酸滴定。记录滴定的稀硫酸的体积数，分别为V1、 V2、V3，然后计算所用稀硫酸的浓度。
体积图
粒度分布
对比图
4.下一阶段实验安排




1.超细二氧化硅粉体制备过程中陈化作用 的影响的研究 2.超细二氧化硅的改性研究（重点） 3.将超细二氧化硅与市售二氧化硅的比较 4.分析工业生产前景 5.实验总结
谢谢！

2. 二氧化硅简介
2. 二氧化硅简介
图1 -二氧化硅结构图
3.现有的研究成果
3.1超细二氧化硅的制备 3.1.1物理方法

一般指机械粉碎法。利用超级气流 粉碎机或高能球磨机将SiO2的聚集体粉 碎，可获得粒径1～5微米的超细产品。 该方法工艺简单，但容易带入杂质，粉 料特性难以控制，制粉效率低且粒径分 布较宽。
超细二氧化硅的制备
学院： 理学院 班级： 应化0701 姓名： 张知非 学号： 200761018 指导老师： 金鑫
目录

一. 文献综述部分： 1.相关领域的历史、现状及发展前沿 2.二氧化硅的简介 3.现有的研究成果 二. 实验部分： 1.实验准备 2.实验步骤 3.目前的实验进展 4.下一阶段实验安排
3.现有的研究成果
（4）微乳液法 微乳液法是液相化学制备法中最新颖的一种。微乳液 由表面活性剂、助表面活性剂、油、水组成，首先形成 乳液，剂量小的溶剂被包裹在剂量大的溶剂中形成一个 个微泡，微泡表面由表面活性剂组成，尺寸大小在5～ 100nm之间。在微泡中可成核生长、凝结、团聚等，其 过程局限于微小的球形内，从而形成球形颗粒，且避免 了颗粒之间进一步团聚，其反应物大多是硅酸酯，如正 硅酸乙酯(TEOS)等。
1.相关领域的历史、现状及发展前沿
1.2 纳米材料
我们把组成相或晶粒结构在1－100nm以内尺寸的材料称为纳 米材料，即在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1100nm）或由它们作为基本单元构成的材料，它大致可以分为纳 米粉末（零维）、纳米纤维（一维）、纳米膜（二维）、纳米块 体（三维）、纳米复合材料、纳米结构等六类。其中纳米粉末研 究开发的时间最长，技术也最为成熟，是制备其他纳米材料的基 础。由于量变到一定程度会发生质变，所以当固体颗粒尺寸逐渐 减小至纳米大小时，物质的许多物理、化学性质会发生突变，体 现在表面效应，小尺寸效应，量子尺寸效应和宏观量子隧道效应， 从而使其具有奇异的力学、电学、磁学、热学、光学、化学活性、 催化和超导性能等特性，使纳米材料在信息、生物医学、能源、 环境、宇航、先进制造技术、化工、冶金、陶瓷、轻工、核技术、 国防等领域具有重要的应用价值，将发挥巨大作用。