超细二氧化硅的制备及应用

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超细二氧化硅的制备及研究进展

超细二氧化硅的制备及研究进展

超细二氧化硅的制备及研究进展瞿其曙 何友昭 淦五二 李 敏 林祥钦(中国科学技术大学化学系,合肥 230026)摘 要 本文介绍了Sol 2Gel 法制备超细Si O 2的方法及其研究进展,并对其它的制备方法作简要的介绍。

关键词 Sol 2Gel 超细SiO 2*国家自然科学基金资助项目。

超细颗粒,通常泛指10~104~之间的微小固体颗粒,广义上则包括原子或分子簇(Cluster)、颗粒(G ranular)膜及纳米(Nanometer)材料。

超细颗粒属于微观粒子与宏观物体交界的过渡区域,因此具有一系列奇特的物理、化学特性,如量子尺寸效应、宏观量子遂道效应、小尺寸效应、表面效应等,这些效应为其新颖的应用奠定了宽广的基础。

作为一种新兴的材料,它已经在宇航技术、电子、冶金、化学、生物和医学等领域展露风采。

超细SiO 2作为超细材料中的重要一员,因其粘合力强、比表面积大、分散性好、光学性能和机械性能优良而广泛应用于催化剂载体、高分子复合材料、电子封装材料、精密陶瓷材料、橡胶、塑料、玻璃钢、粘结剂、高档填料、密封胶、涂料、光导纤维、精密铸造等诸多行业的产品中。

目前SiO 2的制备方法分为物理法和化学法两种。

物理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SiO 2的聚集体粉碎,可获得粒径1~5微米的超细产品。

该法工艺简单,但易带入杂质,粉料特性难以控制,制粉效率低且粒径分布较宽。

与物理法相比较,化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细SiO 2颗粒。

化学法包括化学气相沉积(C VD)法、离子交换法、沉淀法和溶胶2凝胶(Sol-G el)法等,但主要的生产方法还是以四氯化硅为原料的气相法,硅酸钠和无机酸为原料的沉淀法和以硅酸酯等为原料的溶胶2凝胶法。

气相法制得的SiO 2纯度非常高,分散度好,粒径小,但生产过程中能源消耗大、成本高;沉淀法制备SiO 2的原材料广泛、价廉,但制得的SiO 2孔径分布宽,孔径形状难以控制,所得产品主要在工业上用做橡胶的补强剂;而Sol-Gel 技术由于其自身独有的特点,成为当今最重要的一种制备SiO 2材料的方法。

湿化学法制备超细二氧化硅材料的研究进展

湿化学法制备超细二氧化硅材料的研究进展

湿化学法制备超细二氧化硅材料的研究进展摘要:综述了化学沉淀法、溶胶-凝胶法和微乳法三种湿化学方法在制备超细二氧化硅材料方面的运用,从反应机理、工艺控制、影响因素、存在问题方面进行了比较和评述。

a关键词:超细二氧化硅化学沉淀法溶胶-凝胶法微乳法随着对二氧化硅制备技术及对其相关领域的研究的不断深入,超细二氧化硅的应用领域日趋广阔,其主要应用于橡胶、塑料、粘合剂、涂料等领域。

至今为止,关于其制备方法已研究出很多,本文将以液相法为重心,分别对化学沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳法三种方法进行阐述。

一、化学沉淀法[1]其机理为硅酸钠和无机酸为原料通过化学沉淀法合成了粒径小且分布窄的纳米二氧化硅。

该法的关键是减少粒子之间的团聚,而获得比表面积较大的粒子。

团聚体的形成不仅与其沉淀生成条件有关,还与湿凝胶的洗涤、脱水、干燥、煅烧各工序的控制条件有关,其中影响最大的因素是PH值和温度。

该法具有原料来源广泛、廉价,能耗小,工艺简单,易于工业化生产,但同时也存在产品粒径分布较宽的问题。

二、溶胶—凝胶法[2]该法是以四氯化硅和硅醇盐为原料,通过水解、聚合形成溶胶,再聚集成凝胶,最后再干燥、煅烧成产品。

使用该法时,对反应制得的弹性凝胶体的干燥方式有空气中自然干燥法、真干燥法、超临界干燥法、亚临界干燥法等。

而其普遍采用的是真空干燥法和超临界干燥法。

真空干燥法得到的产品具有一定的孔隙率,但该方法设备简单,费用低,安全性好,当对产物的孔隙率没有过高要求时采用此种方法;超临界干燥法能避免凝胶体积大幅度收缩、开裂,保护凝胶纤细的网络结构,制品结构得以保持,但成本高。

[3]溶胶凝胶法以其工艺简单、产品纯度高、化学组分均匀等特点被用于制备超细SiO2。

但与此同时,溶胶-凝胶法也存在着缺点,如体积收缩太大、凝胶和干燥时间太长、原料费用过高等。

三、微乳法微乳法多采用W/O型微乳体系,该体系是热力学稳定、液滴半径处于纳米级、各向同性的分散体系。

体系中,表面活性剂包围着水相连续分散于油相中,被包围的水核是一个“微型反应器”。

纳米 二氧化硅 的结构、制备及应用

纳米 二氧化硅 的结构、制备及应用

纳米二氧化硅的结构、制备及应用纳米二氧化硅的结构、制备及应用摘要:纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一,因其粒径很小,比表面积大,表面吸附力强,表面能大,化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能,以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性,在众多学科及领域内独具特性,有着不可取代的作用。

本文整理相关文献,介绍纳米二氧化硅材料的结构特征、主要制备方法及相关应用。

关键词:纳米二氧化硅结构特征制备应用一、引言[1]纳米材料是当今无机化学及材料化学研究的热门课题之一,因其具有表面效应、宏观量子隧道效应和小尺寸效应,其所表现的诸如熔点、磁性、光学、导热、导电等性质,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。

因此纳米材料被广泛的应用于医药学、电子工业、环境科学和纺织工业等领域,具有广阔的前景。

纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一,因其粒径很小,比表面积大,表面吸附力强,表面能大,化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能,以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性,在众多学科及领域内独具特性,有着不可取代的作用。

纳米二氧化硅俗称"超微细白炭黑",广泛用于各行业作为添加剂、催化剂载体,石油化工,脱色剂,消光剂,橡胶补强剂,塑料充填剂,油墨增稠剂,金属软性磨光剂,绝缘绝热填充剂,高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域。

纳米二氧化硅因其独特的性质引起了国内外科学家的广泛关注。

本文整理相关文献,介绍纳米二氧化硅材料主要制备方法及相关应用。

二、纳米SiO2的结构特征[2-3]SiO2按制备方法可分为气相法SiO2和沉淀法SiO2,这两类SiO2表面都存在大量残键和不同键合状态的羟基(相邻羟基、隔离羟基和双羟基),这种高活性的表面微观结构使SiO2极易以一次团聚体为基本单元联结成球状、线链状、团簇状等三维立体骨架或点阵结构形式。

在X射线衍射下,气相法纳米SiO2和沉淀法纳米SiO2粒均呈无定形结构,气相法SiO2粒径小,尺寸均一,表面羟基含量低,吸附活性高,内部结构几乎完全是排列紧密的三维网络状结构,具有一定的物理化学稳定性。

溶胶凝胶法制备超细二氧化硅的研究

溶胶凝胶法制备超细二氧化硅的研究

2007年11月内蒙古大学学报(自然科学版)Nov.2007第38卷第6期Acta Scientiar um Naturalium U nivers itatis NeiM ongol Vol.38No.6 文章编号:1000-1638(2007)06-0707-05溶胶凝胶法制备超细二氧化硅的研究X李 阳,崔秀兰,郭俊文(内蒙古工业大学化工学院,呼和浩特010051)摘要:以N aSiO3・9H2O为原料、乙酸乙酯为潜伏酸试剂,并辅以超声波振荡,采用溶胶-凝胶2法制备了高比表面积超细SiO2粉体.考察了N a2SiO3浓度、酸试剂、表面活性剂、超声波等因素对SiO2粉体粒径的影响,并用T EM、BET、低温液氮吸附和XR D等分析手段对SiO2粉体颗粒进行了表征.结果表明,所制得的SiO2粉体呈无定形,粒径为40~60nm,比表面积可达400m2/g以上.关键词:溶胶凝胶法;二氧化硅;超细粉体;超声波中图分类号:T Q127.2 文献标识码:A 超细颗粒,通常泛指1~100nm〔1〕之间的微小固体颗粒.超细颗粒属于微观粒子与宏观物体交界的过渡区域,因此,具有一系列奇特的物理、化学特性,如量子尺寸效应、宏观量子遂道效应、小尺寸效应和表面效应等,这些效应为其应用奠定了宽广的基础〔2〕.超细SiO2粉体是一种轻质的纳米非晶固体材料〔3〕,因其具有比表面积大、密度小和分散性好等特性,已经引起人们的高度重视.超细SiO2粉体可用于橡胶、农药、造纸油墨、塑料加工等行业,也可用于微晶储存器、功能性基体材料等新型材料〔4~5〕.目前超细SiO2的制备方法可分为物理法和化学法两种〔6〕.与物理法相比较,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沉积法、离子交换法、沉淀法和溶胶-凝胶法等.溶胶-凝胶技术由于其自身独有的特点,成为当今最重要的制备SiO2材料的方法之一.该方法以四氯化硅〔7〕和硅醇盐〔8〕为原料,制备的超细二氧化硅粉末纯度高,性能优良,但制备成本高,使其工业应用受到限制.以可溶性硅酸盐为原料的溶胶-凝胶法〔9〕具有制备成本低的特点,是一种较有工业应用前景的方法.本文报道在超声场中,采用溶胶-凝胶法,以Na2SiO3・9H2O为原料,乙酸乙酯为潜伏酸试剂,表面活性剂作为分散剂,乙酸做为酸试剂制备超细SiO2粉体.1 实验部分1.1 原料与仪器Na2SiO3・9H2O和CH3COOH为分析纯;CH3COOCH2CH3,化学纯;分散剂PEG12000,化学纯.ASAP2010孔结构比表面积仪,美国Micromeritics公司;N4PLUS多角度超细颗粒分析仪,美国Beckm an Co ulter有限公司;Bruker D8X射线衍射仪,德国Br uker公司;DSC-60差式扫描量热仪,日本Shim adzu公司;2010Jem高分辨透射电镜,日本JEOL公司.1.2 制备方法在超级恒温水浴中,将温度控制在35℃左右,将一定浓度的Na2SiO3・9H2O和分散剂PEG12000X收稿日期:2006-03-01;修回日期:2006-12-07基金项目:国家自然科学基金项目(20366004)资助;内蒙古自然科学基金项目(200308020103)资助作者简介:李阳(1975~),男,河南镇平人,硕士研究生,主要从事纳米粉体的制备研究.通讯作者:崔秀兰(1958~),女,内蒙古呼和浩特人,教授.研究方向:精细化学品.E-mail:cuixl@溶液加入三口烧瓶中,然后在高速搅拌下加入乙酸乙酯.随着乙酸乙酯的水解,溶液中的硅酸盐发生聚合反应生成溶胶,并逐渐聚集转化成凝胶,然后用1∶5的乙酸溶液调节pH 值至6左右.继续搅拌1h,停止反应后在超声波中振荡10min,真空抽滤.并先后用去离子水、无水乙醇和丙酮洗涤,将洗涤后的凝胶在110℃进行干燥,再在800℃左右煅烧即得到白色疏松的SiO 2粉体.2 结果及讨论2.1 原料浓度的影响在合成过程中,沈钟〔1〕等认为硅酸含羟基多(还有水分子结合其中),结构复杂,分子极性较小,溶解度极微,故其凝结速度远大于定向速度,因而极易生成无定型结构的凝胶状沉淀.而硅酸凝胶是由硅酸聚合成硅溶胶,硅溶胶再经胶凝形成硅酸水凝胶.通过实验发现:在一定温度和pH 下,当Na 2SiO 3的浓度较小时,形成的硅酸溶胶较稀,硅溶胶胶凝慢,将有利于形成粗大的晶核.另外,可能由于硅溶胶胶凝不完全,体系中仍有大量的硅溶胶存在,致使硅溶胶中结合的水比较多,根据氢键和化学键作用理论〔10〕知,在后续的干燥过程中很容易硬团聚;在酸试剂足够量时,当Na 2SiO 3的浓度较大,形成的硅酸溶胶浓度大,胶凝速度快,则所成凝胶中的晶核细小.图1是在其它条件不变的情况下[即:在超声场中,制备温度为35℃,以1∶5乙酸为酸试剂调节pH=6.0,乙酸乙酯与N a 2SiO 3的物质的量比为0.65,PEG 的用量为2.0%(相对于Na 2SiO 3的质量百分数)],粒子平均直径随Na 2SiO 3浓度的变化情况.从图1中可以看出,Na 2SiO 3的浓度对产物粒度的影响较大,在Na 2SiO 3浓度大于0.33m ol /L 的时候,所得沉淀的平均粒径偏小.图2是凝胶经乙醇和丙酮洗涤后的产物干湿度随Na 2SiO 3浓度的变化情况.曲线表明当Na 2SiO 3浓度较低时,湿凝胶重量与干凝胶重量比偏高,而当C (Na 2SiO 3)>0.33mol/L 时曲线趋于平缓,比值变化不大.所以,当(Na 2SiO 3)>0.33mo l/L 时,所得SiO 2的前驱体粒径较小,分散性好,无硬团聚.图1 N a 2SiO 3浓度对粒径的影响Fig.1 T he effect o f concentr ation of N a 2SiO 3on the size of pow der 图2 湿凝胶与干凝胶重量比与Na 2SiO 3浓度的关系F ig.2 T he relation betw een co ncentr atio n o f N a 2SiO 3and rat io o f w et gel w eight to dry gel w eig ht 2.2 酸试剂的选择据文献〔11〕报道,酸试剂大多选用盐酸.但在实验中发现,选用盐酸会给实验后续步骤中带来杂质氯离子,如果洗涤不彻底将导致产品纯度不高;而且,盐酸是强酸,在滴加的过程中可能导致局部酸度过大,易使反应体系内微区浓度不均匀,在加料区域H +过饱和度很高,而其它地方过饱和度较低,这样就导致了成核的不均匀性〔12〕.在同样的操作条件下[即:在超声场中,制备温度为35℃,Na 2SiO 3浓度为0.33m ol/L,pH=6.0,乙酸乙酯与Na 2SiO 3的物质的量比为0.65,PEG 的用量为2.0%(相对于Na 2SiO 3的质量百分数),焙烧温度为700℃],不同酸试剂制得的SiO 2的平均粒度和比表面积见表1.2.3 表面活性剂的用量在SiO 2制备过程中,加入表面活性剂可以抑制硅酸凝胶的团聚.如加入量过少起不到有效分散708内蒙古大学学报(自然科学版)2007年的作用,如用量过多易增强溶液的粘度,导致分离困难,使沉淀不容易被洗净,同样起不到有效分散的作用.由图3看出表面活性剂PEG 的最佳用量为1.8~2.5%(相对于Na 2SiO 3的质量百分数).其它制备条件为:N a 2SiO 3浓度为0.33m ol/L,制备温度为35℃,以1∶5乙酸为酸试剂调节pH=6.0,乙酸乙酯与Na 2SiO 3的物质的量比为0.65,在超声波作用下,焙烧温度为700℃.表1 不同酸试剂对SiO 2的平均粒径和比表面积的影响Table 1 The eff ect of acid on the sizeand the specific surf ace area of SiO 2酸试剂1∶5盐酸1∶5乙酸平均粒径/nm115.550.7比表面/(m 2・g -1)310447图3 P EG 用量对粒径的影响F ig .3 T he effect of P EG o n t he size o f po w der2.4 超声波的影响液相中的颗粒在Bor wn 运动、Van der Waals 引力、搅拌力等作用下相互靠近碰撞而不断产生团聚.陈志刚〔13〕认为超声空化形成的大量空泡破灭时产生强大的冲击波,冲击波对团聚颗粒反复冲击,一方面破坏颗粒间的表面吸附,使团聚颗粒被剥离、脱落下来,另一方面也会引起氢键等化学结合力的断裂而使团聚颗粒相互脱离.此外,空化产生的气泡振动,还能对颗粒表面进行剥离,打散团聚.从图4和图5的电镜照片可以发现,经过超声波振荡的目的产品二氧化硅分散均匀,粒度偏小,平均在40~60nm 之间;而没有经过振荡的粒度偏大,平均在100~160nm 之间,且团聚较严重.图4、图5样品的其它制备条件为:Na 2SiO 3浓度为0.33mol/L,制备温度为35℃,以1∶5乙酸为酸试剂调节pH=6.0,乙酸乙酯与Na 2SiO 3的物质的量比为0.65,表面活性剂PEG 的用量为2.0%(相对于Na 2SiO 3的质量百分数),焙烧温度为700℃.图4 超声波中振荡分散的粉体T EM 形貌F ig .4 T EM photo gr aph of pow der prepared by ultr aso nic 图5 未在超声波中振荡分散的粉体T EM 形貌F ig .5 T EM photo gr aph o f pow der pr eparedult raso nic 2.5 二氧化硅的XRD 分析图6为X 射线粉末衍射图(其它制备条件同前述),样品为干凝胶在450℃、800℃和1150℃灼烧2h 的SiO 2粉末,两者在2H =22.8°、2H =22.59°、2H =21.52°和各出现了一个馒头峰,可知灼烧到1150℃,仍未达到SiO 2的晶体转变温度,表明该SiO 2粉末为非晶态无定形结构,且随着煅烧温度的升高,馒头峰的中心发生移动,2H 角减小,但总的变化趋势不大,仍为无定型.文献〔14〕中报道纳米SiO 2由709第6期李阳等 溶胶凝胶法制备超细二氧化硅的研究非晶态转变为晶态是在1230℃左右,而何宜柱〔15〕等人认为,500~950℃焙烧的试样,无衍射峰;大于1000℃焙烧的试样,有衍射峰存在,且脊峰比随焙烧温度升高而降低,即SiO 2逐步晶体化.图6 SiO 2粉末的XR DFig .6 X RD patter ns o f SiO 2pow der 图7 干凝胶的差热-热重曲F ig .7 D T A and T GA cur v es o f dr y g el2.6 差热-热重分析加入表面活性剂可以抑制硅酸凝胶的团聚,若要得到高纯的SiO 2粉体,须通过煅烧方法将表面活性剂除去,另外通过高温煅烧还可除去其它有机杂质(如乙酸乙酯、乙酸等).干凝胶的差热-热重曲线如图7所示,从DT A 曲线可见,58.44℃左右出现的小吸收峰是由干凝胶吸附的水分子蒸发而引起的(这与文献〔16〕中所报道的基本一致);390.20℃处的放热峰是表面活性剂氧化分解引起的.由TGA 曲线可见,从50℃左右开始,由于样品吸附的水分逐渐蒸发,样品开始失重;在300~460℃之间,表面活性剂与氧充分反应,样品失重速度明显加快,直至700℃以上重量才基本不变,且所得产品白度较高.因此,最佳煅烧温度在800℃左右(其它制备条件同前述).3 结 论3.1 以Na 2SiO 3・9H 2O 为原料、乙酸乙酯为潜伏酸试剂制得的纳米SiO 2粉体颗粒呈无定形,粒径为40~60nm ,且分散良好,比表面积大于400m 2/g.3.2 Na 2SiO 3浓度和表面活性剂用量对SiO 2颗粒粒度有较大的影响.较理想的反应条件为:Na 2SiO 3浓度>0.33mol/L,表面活性剂的用量为1.8~2.5%(相对于Na 2SiO 3的质量百分数).3.3 超声波振荡分散有利于防止超细颗粒的团聚,实验表明超声波对凝胶聚集体具有良好的分散效果.参考文献:[1] 沈钟,赵振国,王国庭.胶体与表面化学(第3版)[M ].北京:化学工业出版社,2004.38~142.[2] 瞿其曙,何友昭,淦五二,等.超细二氧化硅的制备及研究进展[J].硅酸盐通报,2000,(5):57~63.[3] 沈军,王珏,甘礼华,等.溶胶-凝胶法制备SiO 2气凝胶及其特性研究[J ].无机材料学报,1995,10(1):69~75.[4] Zho u Q F,Z hang Q Q ,Zhang J X ,et al.Pr epar ation a nd optical pr operties o f T iO 2nano-cr ysta lline par ticlesdispersed in SiO 2nano -com po sites [J ].M ater ials L etter s ,1997,31:39~423.[5] 鲍希茂,宋海智.硅基发光材料研究进展[J].材料研究学报,1997,11(6):601~611.[6] 周产力,寇战峰,刘钧.超细二氧化硅的制备及应用[J].无机盐工业,2001,33(4):22~24.[7] W agner E ,Br nner H .Aer o sil ,herstellung ,eigenschaften und V er halt en in o rg anischen F l ssig keiten [J ].A ng ew Chem ,1960,72(1920):744~750.[8] 余家国,张联盟,童兵,等.So l -gel 工艺制备二氧化硅超微细粉及其机理的研究[J ].硅酸盐通报,1992,(3):43~48.[9] T it ulaer M K ,Jansen J B H ,G eus J W .T he pr epa ration and Char acterizat ion of sol -g el silica spher es [J ].J N on -710内蒙古大学学报(自然科学版)2007年Cry st Solids ,1994,168(1):1~13.[10] 杨建广,唐谟堂,杨声海,等.湿法制备纳米A T O 粉体团聚的形成及消除方法[J].中国涂料,2004,38(7):33~39.[11] 秦晓东,蒋晓明,陈月珠.高比表面积超细二氧化硅粉体的制备[J ].石油大学学报(自然科版),2001,25(3):36~38.[12] 郝臣,陈彩凤,陈志刚,等.化学法合成纳米氧化铝粉体工艺研究[J].机械工程材料,2002,26(7):25~27.[13] 陈志刚,陈彩凤,刘苏.超声场中湿法制备A l 2O 3纳米粉工艺研究[J ].硅酸盐学报,2003,31(2):213~217.[14] 骆锋,阮建明,万千.微乳液法制备纳米二氧化硅基因传递复合载体[J ].硅酸盐学报,2004,32(9):1098~1102.[15] 何宜柱,雷廷权,张吉人.溶胶-凝胶法制备的SiO 2晶化过程的相变行为[J].兵器材料科学与工程,1997,20(4):24~28.[16] 刘忠义,王莉玮,王子忱,等.硅酸钠法合成高比表面多孔二氧化硅[J ].高等学校化学学报,1998,19(5):770~773.(责任编委 边占喜)Study o n the Preparation of U ltrafine SiO 2by Sol-g el M ethodLI Yang ,CU I Xiu -lan ,GU O Jun -w en(College of Chemical E ngineering ,I nner Mongolia Univer sity o f Technology ,H ohhot 010051,China ) Abstract :A kind of ultrafine SiO 2w ith high specific sur face areas w as prepared w ith Na 2SiO 3・9H 2O and CH 3COOCH 2CH 3(ethyl acetate as latent acid r eag ent and PEG as dispersant )as reactants.In the reaction,ultrasonic w as applied to the disper sion too.The effects o f the co ncentratio n of Na 2SiO 3,the acid reagent,the amount of PEG and ultrasonic on the size o f ultrafine SiO 2 have been studied .T he silica pow der w ith particle diameter in the range of 40~60nm and thespecific surface areas above 400m 2/g have been obtained .The silica pow der is char acterized byTEM ,BET ,N 2adsor ption iso therm and XRD .The XRD indicates the silica pow der is amo rphous .Key words :sol-g el method;silica;ultrafine po w der;ultrasonic 711第6期李阳等 溶胶凝胶法制备超细二氧化硅的研究。

超细二氧化硅的制备

超细二氧化硅的制备

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。
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
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。

纳米二氧化硅的基本性质及其制备应用简介

纳米二氧化硅的基本性质及其制备应用简介

纳米二氧化硅的基本性质及其制备应用简介1. 纳米二氧化硅的性质1.1 纳米二氧化硅的物理性质工业用SiO2称作白炭黑,质量较轻,是一种超微细粉体,粒径在0.3μm以下,相对密度为2.319~2.653,熔点为1750℃,暴露在空气中吸潮后会形成聚合的细颗粒。

且纳米的分支状态呈三维链状结构,表面存在不饱和残键和不同键合状态的羟基。

图1 二氧化硅实物、晶格结构及三维链状结构1.2 纳米二氧化硅的化学性质纳米SiO2作为纳米粉体,其体积效应和量子隧道效应使得其产生渗透作用,可深入到高分子化合物的π键附近,与高分子化合物的电子云发生重叠,形成空间网状结构,从而大幅度提高了高分子材料的力学强度、韧性、耐磨性和耐老化性等。

因而,人们常利用纳米SiO2的这些特殊结构和性能对塑料及涂料进行改性或制备有机SiO2复合材料,提高有机高分子材料的综合性能。

1.3 纳米二氧化硅的光学性质纳米SiO2作为纳米粉体,其小尺寸效应和表面界面效应使得其具有与常规材料不同的光学特性。

利用分光光谱仪对纳米SiO2进行测试,可知其对波长200~280nm紫外光短波段,反射率为70%~80%;对波长280~300nm的紫外中波段,反射率为80%以上;在波长300~800nm之间,纳米SiO2材料的光反射率达85%;对波长在800~1300nm的近红外光反射率也达70~80%。

2. 纳米二氧化硅的制备目前,制备纳米的方法主要包括:气相法、沉淀法、Sol-Gel法、水热合成法、微乳液反应法、共沸蒸馏法及超重力反应法等。

下面为大家简单介绍一下气相法、沉淀法和水热合成法。

2.1 气相法气相法多以四氯化硅为原料,采用四氯化硅气体在氢氧气流高温下水解制得烟雾状的SiO2。

激光激活化学气相沉积(ILCVD)也是气相法中制备纳米SiO2的有效方法。

该法比较容易制备出晶态和非晶态纳米粒子,产物纯度高、分散度高、粒子细而且成球形,表面羟基少,因而具有优异的补强性能,且具有清洁、无壁效应、粒度分布均匀、无粘结、产量高、可连续生产及应用广泛等优点。

利用煤矸石制备超细二氧化硅的实验研究

利用煤矸石制备超细二氧化硅的实验研究

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高纯超细二氧化硅的生产

高纯超细二氧化硅的生产
因此 ,我们根据 当前生产 中的粉碎工艺过程 ,研究 出了可以弥补现有技术的不足 ,并且 工 艺 简单 、分离 彻底 的高 纯超 细 二 氧化 硅 的生产 方法 。 2 实验
开发 的新 的技术方案为 : 通过对 目前较 多 采用 的粉碎 制 备 超细 二 氧化硅 生产 过 程 的改进 ,开发 的新 的制 备高 纯超 细二氧化硅 的生产方法 ,其特殊之处在于 :处理后的高压气体以 0-6MPa 1.2MPa压力经不 锈钢管道到达气流粉碎机喷嘴 ,经气流粉碎机喷嘴处理后 ,形成超音速 l~3倍高速气体 ; 同时 ,自喷嘴喷 出的气体体积瞬间膨胀 ,压力降至常压 ,温度瞬间降低至 20 ℃以下 ,带动 由加料 口进入的原材料高速运动并相互碰撞 ,达到粉碎 目的;原材料为结晶型纯度 99.90% 99。99%的二氧化硅粉体 ,最终产品纯度 99.990% 一99.999%、粒度 5000—10000目。 我们开发 的新 的高纯超细二氧化硅的生产方法 ,其进一步改进在于 :所述高压气体 的处 理过程如下 :干净新鲜空气经空气压缩机压缩 ,形成 0.6~1.2 MPa高压气体 ;经不锈钢管道 进入储气罐进行油水分离 ;进入过滤器进行精密过滤 ,形成较纯净的高压气体 ;接着进人露 点 一4O℃的冷冻干燥机进行冷冻干燥 ;再进入过滤器进行高精密过滤 ,最终形成低温高纯高 压气 体 。 在制备高纯超细二氧化硅 的生产方法 中,我们在气流粉碎过程 中首先对气流粉碎机粉碎 室内壁和管道 内壁采用耐磨材料进行涂层处理 ,内壁涂层处理主要成分 :聚氨酯高分子材料 和高 纯二 氧化硅 。 新 的方 法具 有 以下优 点 : 1提纯技术 :配置提纯溶液 ,排放无污染 ; 2粉碎过程无粉尘排放 ;
高压气体进入气 流粉碎机粉碎室 ,经特殊喷嘴喷射形成超高速气流 ,带动经加料仓进入 的物料高速运动 ,高速运动的物料互相碰撞 ,达到粉碎的 目的。粉碎后 的颗粒随上升气流到 达分级室,分级机高速运转 ,不合格的大颗粒甩到外壁下降到粉碎室再次粉碎 ,合格的颗粒 进入 旋风 分离 机进 行 不 同细度 的分离 分级 包装 ,最终 形成 不 同规 格 的产 成 品 。

无定形Al2O3_nSiO2超细粉体材料的制备及应用综述

无定形Al2O3_nSiO2超细粉体材料的制备及应用综述

前言颗粒学中把眼睛看得见的物质体系叫宏观体系,将原子与分子甚至更小的体系叫微观体系,将宏观与微观之间的体系叫介观体系。

介观体系主要是由具有新特性的颗粒组成。

其中,又将1nm ~100nm 范围内的颗粒称为“超细颗粒”。

这里“超细”的含意:一是指其尺寸已超越常规机械粉碎手段所获得的颗粒;二是从功能材料的角度出发,当颗粒尺寸降低到一定临界尺寸时,量的变化会引起某些理化性能的质变。

例如,当颗粒尺寸可与光波波长、自由电子波长、超导相干长度、磁单畴尺寸等物理特征长度相当或更小时,或者颗粒中分子能级的间距与热能、磁能、电能、光子能量相当或更大时,颗粒的理化性能就会发生质变(纳米效应)。

在室温条件下,产生理化性能显著变化的颗粒尺寸多数处于100nm 之内[1]。

粉体是无数个固体粒子的集合体的总称,组成粉体的固体粒子可以是数毫米的颗粒,也可以是数纳米的粉末。

粉体材料是材料科学的一个分支学科,近年来由超细颗粒组成的超细粉体已成为当今科技界极为引人注目的研究课题[2]51。

无机非金属超细粉体材料是超细粉体材料的重要组成部分。

当被细化到纳米量级时,无机非金属粉体材料的物化性能会发生巨大的变化,出现一系列宏观材料所不具备的优异的物理、化学和力学特征。

例如:纳米高岭土添加到制造冰箱、饮水机的材料中,具有抗菌消毒作用;在陶瓷中添加纳米高岭土可使其强度提高50倍左右,可用于制造发动机零件。

高岭土及其深加工产品偏高岭土一直是无机非金属粉体材料中重要的粘土类无定形粉体材料,在催化剂、吸附剂、无机膜分离器等很多方面已有着广泛的应用。

此类材料具有表面渗透性、较大的比表面积、较低的密度、较好的机械性能以及热稳定性,因此人们对高岭土及偏高岭土粉体的研究越来越多。

除了高岭土和偏高岭土粉体外,其他主相组成与偏高岭土相似的无机非金属粉体材料,在生产和科研领域中应用也很广泛,由于它们的主相结构相似,在此将这类粉体材料均称为Al 2O 3-nSiO 2粉体,并对其应用、制备原理及方法进行分析和论述。

超细二氧化硅的制备与改性

超细二氧化硅的制备与改性

摘 要 : 采用 Na2O·nSiO2 与 CO2 为原料 ,加入丙三醇 ,用非离子表面活性剂聚乙二醇作为分散剂 ,制备出了和气 相法接近的高分散超细二氧化硅粉末 。用三甲基一氯硅烷 ( CTMS) ,二甲基二氯硅烷 (DCDMS) 改性沉淀二氧化 硅 ,并对改性后样品的密度 、吸油值 、硅羟基含量进行了测定 ,用 TEM 、激光粒度分析仪 、红外以及 B ET 法对其进行 了表征 。 关键词 : 高分散 ; 超细 ; 二氧化硅 ; 丙三醇 ; 改性 中图分类号 : TQ12712
modifyingagentheamountsilicol从硅羟基的含量可以直观的看出改性的程度硅羟基含量以消耗的naoh标准溶液的体积表示可见随着改性剂用量的增加硅羟基含量逐渐减少即与改性剂反应的硅羟基越多当dmdcs超细二氧化硅的制备与改性质量分数为15时硅羟基含量达到最低点约015ml而用ctms硅羟基含量要高于dmdcs最低只能在118ml由硅羟基值可以看出dmdcs改性效果比ctms要好
的应用性能越好 。从图 3 中可看出产品的表观密度
和改性剂的用量有着显著的联系 。用改性剂 DMD2
CS 时样品的密度都低于用改性剂 CTMS 样品的密
度 ,且改性后大部分样品的密度要小于未改性时样
品 的 密 度 ( 75 g/ dm3 ) 。当 DMDCS 质 量 分 数
w (DMDCS) 为二氧化硅的 10 %时 ,样品密度最小
粒间的位阻作用大大增强 ,同时静电斥力也有所提
高 ,从而起到分散的作用 。
丙三醇水溶液作为反应的介质 ,目的是为了使
二氧化硅的表面亲水性部分转化为疏水性 ,丙三醇
的羟基与二氧化硅的羟基结合 ,减弱了白碳黑颗粒
间的相互作用 ,有效的阻止了二氧化硅本身的团聚 。

纳米二氧化硅的制备与表征及应用

纳米二氧化硅的制备与表征及应用

纳米二氧化硅的制备与表征及应用11级粉体一班郭开旋1103011026摘要:纳米材料是指微粒粒径达到纳米级(1~100nm)的超细材料。

当粒子的粒径为纳米级时,其本身具有量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,因而展现出许多特有的性质,应用前景广阔。

纳米SiO2 是极具工业应用前景的纳米材料,它的应用领域十分广泛,几乎涉及到所有应用SiO2 粉体的行业。

我国对纳米材料的研究起步比较迟,直到“八五计划”将“纳米材料”列人重大基础项目之后,这方面的研究才迅速开展起来,并取得了令人瞩目的成果。

1996年底由中国科学院固体物理研究所与舟山普陀升兴公司合作,成功开发出纳米材料家庭的重要一员——纳米SiO2[1],从而使我国成为继美、英、日、德国之后,国际上第五个能批量生产此产品的国家。

纳米SiO2 的批量生产为其研究开发提供了坚实的基础。

关键词:纳米二氧化硅,分散剂,结构性能,应用现状。

一.纳米二氧化硅的制备1.称取80g二氧化硅(天津市光复精细化工研究所提供)放入马弗炉中,加热到800℃焙烧3小时,冷却后,取出研磨3小时,将其磨成细小颗粒。

然后再将研磨过的二氧化硅细颗粒放入马弗炉中,将温度升高到800℃焙烧4小时,冷却后,取出研磨2小时。

然后再焙烧,研磨,直到将二氧化硅磨成白色的粉末为止。

2.分别使用1000℃、1200℃的温度重复上面的实验。

二.化学改性1.与硬脂酸反应称取5g纳米二氧化硅粉体分散在30ml去离子水中,置于超声波中分散45min,然后再抽滤得滤液,再次超声波分散30min。

称取0.5g硬酯酸加入到二氧化硅溶液中,加热到50℃,使硬酯酸溶解。

高速搅拌,使硬酯酸分散成小液滴,吸附到二氧化硅表面,并与其发生化学反应,得样品1。

2.与乙二胺反应称取5g纳米二氧化硅粉体分散在30ml去离子水中,置于超声波中分散45min,然后再抽滤得滤液,再经超声波分散30min。

量取2ml乙二胺加入到二氧化硅溶液中,加热到75℃,搅拌,反应3h。

超细二氧化硅的制备及应用

超细二氧化硅的制备及应用

超细二氧化硅的制备及应用周产力,寇战峰,刘 钧(天津化工研究设计院,天津300131) 摘要:综述了我国超细二氧化硅的制备方法、研究现状及主要特点,并对其在橡胶制品、塑料制品、涂料、粘合剂等领域的应用做简要介绍,针对存在的问题提出了发展建议。

关键词:超细二氧化硅;制备;应用 中图分类号:T Q127.2 文献标识码:A 文章编号:1006-4990(2001)04-0022-03 超细二氧化硅是一种高新技术的无机精细化学品,由于它具有不寻常的颗粒特征,即极小的粒径、较大的比表面积和优良的化学性能,表现出良好的亲水性、补强性、增稠性、消光性和防粘结性,从而广泛应用于橡胶、涂料、医药、油墨等领域,是工业上不可缺少的原料。

1 制备方法 超细二氧化硅的制备方法,可分为物理方法和化学方法,而化学方法又可分为气相法和液相法。

111 物理方法 用物理方法制备超细二氧化硅大都应用粉碎机械,使原先成形的二次粒子破碎。

目前国内使用的超细粉碎机械较多,其出发点主要围绕以下几点: 1)在粉碎机械的设计原理上,考虑提高有效粉碎能,大多利用冲击、切剪摩擦等力的综合作用进行超细粉碎。

2)结构采用超细粉碎—分级结合形式,利用高效气流分级装置不但可以提高微细化粒度,而且可以实现粒度分布均匀化或特定化。

3)材质上采用高耐磨材料作为衬材,可以减少衬材磨损对粉碎产品的污染。

目前国内用来粉碎二氧化硅且能达到粒径要求的主要的粉碎机械为气流粉碎机。

其主要原理是利用高速气流(300~500m/s)的能量,使粒子相互冲击、碰撞、摩擦而实现超细粉碎的目的,产品粒度一般能达到1~5μm,而且具有粒径分布窄、颗粒表面光滑、形状规整、纯度高、活性大、分散性好的特点。

目前较成熟的气流粉碎机的型号为美国的Sturte2 l公司的Micronizer型、日本风动工业株式会社的P1J1M-200型、上海化机三厂的QS型、宜兴清新化工机械厂的ST J型等。

纳米二氧化硅的制备与应用

纳米二氧化硅的制备与应用

纳米二氧化硅晶体的制备与应用摘要:纳米材料是任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料。

自上世纪80至90年代是纳米材料及科技迅猛发展的时代,其标志为:出现了块体纳米材料:扫瞄隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)的出现以及应用使纳米材料成为独立学科。

由于纳米材料所表现出的不同于微米以及块体材料的奇异特性,使得纳米材料成为材料科学和凝聚态科学领域的研究热点。

关键词:二氧化硅晶体;制备;应用纳米材料是任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料。

自上世纪80至90年代是纳米材料及科技迅猛发展的时代,其标志为:出现了块体纳米材料:扫瞄隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)的出现以及应用使纳米材料成为独立学科。

由于纳米材料所表现出的不同于微米以及块体材料的奇异特性,使得纳米材料成为材料科学和凝聚态科学领域的研究热点。

1 纳米二氧化硅的性质和结构纳米二氧化硅是纳米材料中的一员.具有特殊的层次结构,纳米二氧化硅是无定型的白色粉末,是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。

微粒结构非常特殊.颗粒表面存在不饱和的残键及不同键合状态的弪基.其分子状态呈三维链状结构,这种特殊结构使它具有独特的性质:如对波长49 nm 以内的紫外线反射率高达70%至80%;小尺寸效应和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用。

可深入到高分子链的不饱和键附近,并和不饱和键的电子云发生作用;在高温下仍具有较高的强度、韧度和稳定性:对色素离子具有极强的吸附作用等当纳米二氧化硅与高分子材料复合时可以改善高分子材料的热、光稳定性和化学稳定性,提高产品的抗老化性和耐化学性:可以达到抗紫外线老化和热老化的目的;可以提高材料的强度、弹性等基本性能;可以降低因紫外线照射而造成的色素衰减等工业用纳米二氧化硅称作白炭黑(也叫做胶体二氧化硅、水合二氧化硅、气相二氧化硅),是一种超微细粉体,比重2.0~2.6,熔点1750℃,折光率1.46,粒径和含水量随制法不同而异,原始粒径一般在0.3μm以下。

超细SiO2粉的制备与助磨研究

超细SiO2粉的制备与助磨研究
本课题利用搅拌磨进行了超细 SiO2 粉的制备 研究,考察了搅拌磨工艺参数对粉磨效果的影响规 律,确定了适宜的操作参数,并进行了添加助磨剂的 粉磨试验。 1 试验原料与手段 1. 1 试验原料
试验原料为取自辽宁某地的石英粉,SiO2 含量
·30·
为 99% ,密度为 2. 65 g / cm3 ,松散密度为 1. 11 t / m3 ; 其粒度特性曲线如图 1 所示,中位径 d50 = 9. 873 !m。
辽宁省沈阳市和平区文化路 3 号巷 11 号。
印万忠等:超细 SiO2 粉的制备与助磨研究
2005 年第 l2 期
r / min。 采用的磨矿介质为氧化锆球,球径为 2. 0、l. 0、
0. 5 mm,密度为 5. 4 g / cm3 ,松散密度为 3. 84 I / m3 。 采用 HORIBA LA - 300 型激光粒度测试仪对
质配比试验。介质配比方案如表 l 所示,图 6 为不
同介质配比下产品粒度随磨矿时间的变化情况。
表 1 介质配比方案
介质尺寸 / mm ! 2. 0
配比 l 30
质量比 / % 配比 2 l5
配比 3 50
! l. 0
40
25
30
! 0. 5
30
60
20
合计
l00
l00
l00
图 6 球配比对产品粒度的影响
图 1 原料粒度特性曲线
1. 2 试验手段 试验设备为 KM1 型搅拌磨( 辽宁矿冶聚氨酯实
业有限公司生产),其结构如图 2 所示。磨机规格 ! 270 mm X 230 mm,有效容积 7. 8 L,转速 n = 248
* 国家科技攻关项目( 编号:2001BA310A09)。 印万忠(1970 - ),男,东北大学资源与土木工程学院,教授,110004

共沸蒸馏法制备超细二氧化硅粉体

共沸蒸馏法制备超细二氧化硅粉体

共沸蒸馏法制备超细二氧化硅粉体段蔚波金鑫*(北京化工大学理学院,北京100029)摘要:采用Na2O·nSiO2·mH2O和H2SO4为原料,用沉淀法制备超细二氧化硅,分别用直接干燥和共沸蒸馏的脱水方式,以正丁醇作为共沸溶剂,制备高分散超细二氧化硅粉体。

并分别对直接干燥和共沸蒸馏后样品的密度、吸油值、吸附水的量和粒度等进行了测定, 用TEM、TG-DTA和BET对其进行了表征。

研究发现,经非均相共沸蒸馏工艺, 可使二氧化硅胶体中的水分子及表面羟基以共沸物的形式最大限度地脱除, 而且样品松散,白度较高,密度达到80g.dm-3,中值粒径为2.819μm,比表面积显著提高,为368.9m2/g,其分散性好于直接干燥样品。

关键词:高分散;超细;二氧化硅;共沸蒸馏中图分类号:TQ127.2超细二氧化硅,又称白炭黑,以其优良的稳定性、补强性、增稠性和触变性等而广泛应用于橡胶、塑料、涂料、造纸等行业。

二氧化硅的制备方法有干法和湿法两种,干法包括气相法和电弧法,湿法分为沉淀法和凝胶法[1-2]。

工业上主要采用气相法和沉淀法。

气相法制得的产品纯度高,粒径小,分散性好,但生产过程中能耗大,成本高;沉淀法制备的二氧化硅成本低,能耗小,但由于沉淀的硅酸粒子表面有大量的羟基,以及水的存在,在合成过程中这些羟基和水分子易形成大的聚集体,影响了它的应用,所以解决好它的团聚问题,增强其在应用中的分散性一直是二氧化硅及其它超细材料研究中的热点和难点[3-4]。

颗粒的团聚可分为两种: 软团聚和硬团聚。

软团聚主要是由颗粒间的静电力和范德华力所致, 由于作用力较弱可以通过一些化学作用或施加机械能的方式来消除; 硬团聚形成的原因除了静电力和范德华力之外, 还存在原子间的化学键作用, 因此硬团聚体不易破坏, 需要采取一些特殊的方法进行控制[5]。

湿法合成中的团聚现象一般是很严重的,研究发现, 在湿法合成超细粉体的整个工艺过程中,从化学反应成核,晶粒生长到凝胶的洗涤、干燥以及粉体的焙烧, 其中——————————————————————————————————- 第一作者:男,1981年生,硕士生 E-mail:dwpabc@*通讯联系人 E-mail: jinxin@的每一个阶段均可能产生团聚结构[6]。

二氧化硅的制备与应用

二氧化硅的制备与应用

二氧化硅的制备与应用二氧化硅,化学式为SiO2,是一种广泛应用的无机化合物。

它具有多种制备方法和广泛的应用领域。

本文将详细介绍二氧化硅的制备方法以及其在材料科学、医药和电子行业中的应用。

一、二氧化硅的制备方法1. 碳热还原法碳热还原法是一种常用的制备二氧化硅的方法。

首先,将硅矿石和活性炭混合,在高温下进行还原反应,生成二氧化硅。

这种方法适用于大规模生产,并且成本较低。

2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种制备纳米二氧化硅的方法。

该方法通过溶胶的凝胶过程,控制颗粒的尺寸和形态。

首先,将硅源溶解在溶剂中,然后使用酸、碱、水解剂等控制凝胶过程,最后进行干燥和煅烧,得到纳米二氧化硅。

3. 水热法水热法是一种简单有效的制备二氧化硅的方法。

该方法使用水为介质,在高温高压条件下进行反应。

通过控制反应温度、压力和反应时间,可以得到不同形态和孔隙结构的二氧化硅。

这种方法适用于制备具有特殊形状和微观结构的二氧化硅材料。

二、二氧化硅的应用1. 材料科学领域二氧化硅在材料科学领域具有广泛的应用。

它可以作为催化剂、吸附剂和储能材料。

例如,二氧化硅可以用于制备高温催化剂,用于化学反应的催化过程。

此外,二氧化硅还可以作为吸附剂,用于去除废水中的重金属离子和有机物。

它还可以被用作电池材料,用于储存和释放能量。

2. 医药领域二氧化硅在医药领域具有重要的应用价值。

它可以用作药物载体,用于控制药物的释放速率和提高药物的稳定性。

此外,二氧化硅还可以作为生物材料,用于制备骨组织修复材料和药物缓释纳米载体。

这些应用有助于改善药物治疗效果,并促进组织修复和再生。

3. 电子行业二氧化硅在电子行业中具有广泛的应用。

它可用于制备光纤、光电器件和半导体材料。

例如,二氧化硅可以作为光纤的包层材料,用于传输光信号。

在光电器件中,二氧化硅可以被用作光栅、薄膜和光学材料。

此外,二氧化硅还可以作为半导体材料,用于制备晶体管和集成电路。

综上所述,二氧化硅是一种重要的无机化合物,具有多种制备方法和广泛的应用领域。

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超细二氧化硅的制备及应用周产力,寇战峰,刘 钧(天津化工研究设计院,天津300131) 摘要:综述了我国超细二氧化硅的制备方法、研究现状及主要特点,并对其在橡胶制品、塑料制品、涂料、粘合剂等领域的应用做简要介绍,针对存在的问题提出了发展建议。

关键词:超细二氧化硅;制备;应用 中图分类号:T Q127.2 文献标识码:A 文章编号:1006-4990(2001)04-0022-03 超细二氧化硅是一种高新技术的无机精细化学品,由于它具有不寻常的颗粒特征,即极小的粒径、较大的比表面积和优良的化学性能,表现出良好的亲水性、补强性、增稠性、消光性和防粘结性,从而广泛应用于橡胶、涂料、医药、油墨等领域,是工业上不可缺少的原料。

1 制备方法 超细二氧化硅的制备方法,可分为物理方法和化学方法,而化学方法又可分为气相法和液相法。

111 物理方法 用物理方法制备超细二氧化硅大都应用粉碎机械,使原先成形的二次粒子破碎。

目前国内使用的超细粉碎机械较多,其出发点主要围绕以下几点: 1)在粉碎机械的设计原理上,考虑提高有效粉碎能,大多利用冲击、切剪摩擦等力的综合作用进行超细粉碎。

2)结构采用超细粉碎—分级结合形式,利用高效气流分级装置不但可以提高微细化粒度,而且可以实现粒度分布均匀化或特定化。

3)材质上采用高耐磨材料作为衬材,可以减少衬材磨损对粉碎产品的污染。

目前国内用来粉碎二氧化硅且能达到粒径要求的主要的粉碎机械为气流粉碎机。

其主要原理是利用高速气流(300~500m/s)的能量,使粒子相互冲击、碰撞、摩擦而实现超细粉碎的目的,产品粒度一般能达到1~5μm,而且具有粒径分布窄、颗粒表面光滑、形状规整、纯度高、活性大、分散性好的特点。

目前较成熟的气流粉碎机的型号为美国的Sturte2 l公司的Micronizer型、日本风动工业株式会社的P1J1M-200型、上海化机三厂的QS型、宜兴清新化工机械厂的ST J型等。

其它诸如冲击磨、球磨机、振动磨、拌磨机等机械设备,由于其本身的机械因素,还不能达到超细二氧化硅粒径要求。

用物理方法生产超细二氧化硅,其优点为:生产工艺简单,产品粒度易于控制。

但粉碎设备一般需要较大动力,故能耗较大,并且产品易受到污染。

此外二氧化硅是易吸潮产品,经气流粉碎后,需重新干燥,否则将影响产品性能。

112 化学方法11211 气相法 传统的气相法一般以卤化硅为原料,在氢氧火焰生成的水中进行高温水解,制得二氧化硅。

其工艺流程为:经气化的四氯化硅、氢和氧组成的均相气体混合在水解炉中燃烧,完成高温水解反应,烟雾状的二氧化硅通过聚集器聚集,然后经分离器到脱酸炉中进行脱酸处理,即可得到超细二氧化硅。

反应生成的HCl气体经水洗塔水洗后成为低浓度的盐酸。

用此方法得到的产品纯度高,原生粒径一般在7~40nm之间,比表面积在100~400m2/g之间。

但具有工艺复杂、对设备要求较高、能耗大、生产成本高的缺点。

由于四氯化硅较难合成,目前有文献报道用硅烷或其它有机硅化合物同氢氧气体的混合物燃烧,制备超细二氧化硅。

其技术的要点在于通过调整氢和氧的混合物的比例,即调整火焰燃烧的温度来控制二氧化硅产品的质量规格。

用此种方法生成的二氧化硅粒径在1μm以下,比表面积在75~500m2/g 之间。

用气相法生产二氧化硅,目前应从原料选择、反 作者简介:周产力,男,生于1969年,天津大学在读硕士研究生。

主要从事粉体研究,已发表论文5篇。

22 I NORG ANIC CHE MIC A LS I NDUSTRY 无机盐工业 2001-07,33(4)应条件的改变等途径来加以研究,特别是在现有设备基础上,改变某些工艺条件来生产多种型号的产品具有一定的开发基础。

11212 液相法 用液相法制备二氧化硅是目前研究的新兴领域,主要集中在以下几个方面。

1)直接液相法合成 直接液相法合成二氧化硅是用酸化剂与硅酸盐溶液反应,生成的沉淀经分离干燥得到二氧化硅。

此方法在工艺上具有以下特点: a)酸化剂的选择。

常用的酸化剂为硫酸、盐酸、硝酸等。

为控制二氧化硅粒径,目前也有选用复合酸化剂,如有机酸同无机酸相复配,也有单一的有机酸酸化剂。

b)硅酸盐的浓度。

由于所要求的产品的粒径较小,在起始反应阶段及后续反应阶段,对硅酸盐浓度有不同的要求,一般根据产品的要求来确定。

c)加酸段数。

目前,较多采用3段加酸方法。

加酸段数的多少,取决于硅酸盐加入的浓度及所要控制的硅酸的聚合速度。

d)搅拌。

不能采用普通的搅拌形式,应根据产品要求设计相应的搅拌形式及速度和强度。

用此种方法生成的二氧化硅二次粒子粒径在5μm以下。

粒径分布较窄,比表面积在200~300 m2/g之间,但孔径较小。

2)水解—絮凝法 水解—絮凝法是让水玻璃溶液较稳定地水解,析出胶体二氧化硅粒子,然后加入相应的混合絮凝剂,使二氧化硅胶粒成为松散的絮状物,经过滤、洗涤、干燥、煅烧,最后得到超细二氧化硅。

此工艺的主要特点及控制工艺条件如下: a)水玻璃稀释浓度及水解时间的控制。

浓度大小影响产品的粒径,时间长短影响胶粒的成形,最终影响产品的粒径。

b)为使获得的胶状二氧化硅容易过滤、洗涤,应选择合适的絮凝剂。

常用的絮凝剂为非离子型聚丙烯酰胺同某些无机高分子絮凝剂的合理配合使用。

c)胶状二氧化硅的洗涤。

由于水解后所得到的二氧化硅带有大量的钠离子和氯离子,除用水洗涤外,应运用某些有机物进行脱水。

d)煅烧时间及温度控制。

由于二氧化硅的特殊结构,煅烧温度不宜超过450℃,时间控制在2h以内。

这样可得到多孔、具有良好分散性、粒径为1~2μm、比表面积在190m2/g以上的二氧化硅。

3)在有机相中制备 运用胶体表面化学理论,在硅酸盐溶液中加入有机分散剂,经充分乳化后,缓慢加入酸化剂,进行沉淀反应,由于有机分散剂的存在,阻止了二氧化硅分子之间的聚集,从而生成超细二氧化硅。

此工艺的主要特点如下: a)有机分散剂的选择。

较好的有机分散剂不仅在制备过程中防止硅酸分子过于聚集,而且,在沉淀过程中起桥链的作用。

b)反应工艺条件的控制。

由于有机物的存在,反应温度不宜过高,一般在85℃以下。

反应时间控制在3~4h。

为便于有机相的分散,反应物浓度控制在015m ol/L以下。

c)为了使得到的产品具有良好的性能,应在最终产品中把有机物去除,即进行煅烧。

2 应用 超细二氧化硅已经是诸多工业领域应用的精细化学品。

其主要应用领域如下:211 橡胶制品 超细二氧化硅除了普通的二氧化硅应用领域如鞋类制品、辗米胶辊外,还应用于复印机或激光打印机半导电性胶辊、金属蕊硅橡胶胶辊及电子摄影机连续输出胶片的胶辊等材料。

超细二氧化硅还用作橡胶材料补强填料,如绿色轮胎的制造中,超细二氧化硅的加入能明显增加胎侧的撕裂强度和耐裂口增长性能。

超细二氧化硅还用于补强硅橡胶制备薄膜、垫片等,如用于玻璃帘子布及橡胶间的粘合,用于建筑材料的硅橡胶具有良好的耐污染性。

212 塑料制品 二氧化硅填充聚氯乙烯农用薄膜,不仅具有补强作用,还具有许多特性。

利用它透光、粒度小的特点,可以使塑料变得更致密,特别是半透明塑料膜,添加超细二氧化硅可大大提高透明度、强度、韧性、防水性能。

213 涂料 超细二氧化硅在涂料工业中用作消光剂和增稠剂,但在某些特殊涂料中具有相当应用领域。

1)可见光聚合的配合物中含二氧化硅或氧化铝粒子,利用表面羟基制备透明或半透明涂料,具备优良的耐磨、耐溶剂、耐天候性能。

2)用于具备优良耐磨、耐化学、耐候、耐刮擦性能硅氧烷涂料。

322001-07,33(4) 周产力 超细二氧化硅的制备及应用 3)二氧化硅填充的溶剂耐腐蚀涂层用于钢板,形成的涂层具备优秀的粘合性、可点焊性、电泳表面涂漆性。

4)用于聚烯烃粉未涂料的制备。

5)用于防水、防锈涂料的制备。

214 粘合剂 1)二氧化硅填充的聚酯粘合剂用于PVC膜间和金属板间的粘合,其隙离强度和水煮剥离温度明显提高。

2)用二氧化硅填充的合成橡胶或热固性树脂制作粘合剂,用于化学电镀印刷板,无起泡现象。

3)二氧化硅填充的硅橡胶粘合剂,用于粘合垫片。

该粘合剂粘性好,固化后粘合力高。

4)二氧化硅填充的水性丙烯酸酯粘合剂,用于纸张的粘合,具有高撕裂强度,能在水中击打时迅速移去。

215 其它 超细二氧化硅除了上述4个应用领域外,近年来开发了不少新的用途,如作为农业的种子处理剂,可使菜、棉花、玉米、小麦提前成熟;在医药行业作为填料;在食品行业作为添加剂;在饲料行业作为防结块剂;在高效农药中作为载体;应用于酒类生产中起到净化和延长保鲜期的作用。

此外,还应用于电子封装材料、功能纤维添加剂、树脂合成材料等领域。

3 建议 1)对现有产品进行深度开发,如对其进行表面改性,使产品具有更多的应用特性,进一步提高其产品的附加值。

2)加速对新工艺的研究开发,使生产规模进一步提高。

3)加强产品应用领域的开发研究,不断拓展应用领域。

4)加强对超细二氧化硅制备的工程技术研究。

参考文献:[1] EP,6076511994.[2] Vidal A.Chromatograpgia,1987,23(2).112~128.[3] Z aboriski M.P olimery,1993,38(3):114~119.[4] 魏鸿涛等1水解—絮凝法制备白炭黑的研究[J].化学世界,1997,(9).[5] 吉晓莉等1粉体表面改性设备及其发展[J].湖北化工,1998,(4).[6] 张立德等.一种尺寸可控纳米二氧化硅粉体制备方法[P].中国专利申请号,95102373.1996-02-21.[7] 汪国忠等.粒度可控非晶体二氧化硅制备[P].中国专利申请号,96117042.1997-03-19.(收稿日期:2001-03-01)氟化钠生产工艺改进 中和法生产氟化钠是用纯碱或烧碱溶液中和氢氟酸,尤其用纯碱中和法是生产高品级氟化钠的基本路线。

其工艺流程为:化碱→碱液精制→中和反应→冷却结晶→离心分离→烘干→粉碎7个主要步骤。

氟化钠生产过程中要产生大量母液。

氟化钠在18℃100m L溶液中能溶解4.22g,且随温度升高变化不大。

因此母液中会含有部分氟化钠,这就造成了生产过程中由于产生大量的母液而影响氟化钠的收率。

1)原料浓度的影响 通过试验发现,原料浓度对母液量有一定的影响,结果见表1。

表1 原料浓度对母液量及产品收率的的影响酸液/%25403040碱液/%25293232母液/产品(倍)7.3 4.5 4.0收率/%72797981 由表1可知,原料浓度提高,母液量减少,同时提高了产品的收率。

氢氟酸浓度过高,增加了气相损失,污染环境;浓度过低,母液量增加。

选择40%氢氟酸为宜。

纯碱液在35.4℃时有最大溶解度32.2%,在35~130℃范围内随温度升高略有下降,在此范围外迅速下降。

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