用硅藻土製備納米二氧化矽的方法
2023-10-08 05:20:44 4
專利名稱：用硅藻土製備納米二氧化矽的方法
技術領域：
本發明涉及一種用硅藻土製備納米二氧化矽的方法。
納米二氧化矽是一種重要的無機納米功能粉體材料，廣泛應用於塗料、塑料、皮革、橡膠、粘結劑和密封劑、化纖、陶瓷、醫藥等領域，具有良好的市場前景。
現有的納米二氧化矽的製備方法主要有氣相法、溶膠—凝膠法和反相膠束微乳液法。
氣相法是採用四氯化矽在氫氧焰中水解製得。水解產生的二氧化矽分子凝聚成顆粒。這些顆粒互相碰撞，熔結成一體，形成三維和有分支的鏈狀聚集合體。一旦這些聚集體溫度低於二氧化矽熔點，這進一步碰撞，引起鍵的機械纏繞，生成附聚物。該法的優點是生成的粒子凝聚少，缺點是成本高。
溶膠—凝膠法是以金屬醇鹽和無機鹽為原料，利用金屬醇鹽和無機鹽的水解或沉澱反應製備出金屬氧化物或金屬非氧化物的均勻溶膠。然後再進行溶膠—凝膠轉化過程，形成有機聚合物網絡或無機網絡。凝膠化後再經過陳化、乾燥和熱處理。該法的優點是可在溫和的反應條件下進行，二氧化矽純度高，比表面積大，活性較好。缺點是凝膠乾燥過程中，由於溶劑、水分的揮發導致材料的收縮，必須進行後處理才能得到納米粒子。
反相膠束微乳液法是由表面活性劑、助劑、油、水首先形成乳液，劑量小的溶劑被包裹在劑量大的溶劑中形成一個個微泡，微泡表面由表面活性劑組成，尺寸大小在5～100nm之間。從微泡中形成固相可使成核生長，凝結、團聚等過程出現在一個微小的球形液滴內，從而形成球形顆粒。此法製備的納米粒子粒徑小，分散性好，但工藝複雜，生產成本較高。
本發明的任務是針對以上三種製取納米二氧化矽的方法所存在的不足之處，提供一種用天然礦物硅藻土礦物為原料製取高質量納米二氧化矽的方法，可以簡化工藝，降低能耗和生產成本。
本發明的內容是先將硅藻土礦粉煅燒，然後與燒鹼反應，將反應產物過濾除去殘渣後採用酸析、粒子阻隔(抗團聚)、陳化、洗滌、脫水工藝製取納米二氧化矽。
工藝步驟為(1)將硅藻土粉在一定溫度下煅燒以除去有機質和使亞鐵氧化為高價鐵；
(2)將煅燒後的硅藻土粉與燒鹼在加熱條件下反應，生成矽酸鈉水溶液，其反應式如下-----------------(1)(3)將上述反應產物過濾，除去固體殘渣，然後加入鈉鹽，加水調至合適的濃度，用酸沉析；並在酸沉析過程中或酸沉析終點加入粒子阻隔劑或表面處理劑。酸沉析化學反應式如下------------(2)反應式(2)中的m為矽酸鈉中SiO2與Na2O的比值(矽鈉比)，它與煅燒硅藻土粉中SiO2含量及與燒鹼的投料比有關。
以上所述的硅藻土為天然礦物，主要化學成分為SiO2·nH2O，SiO2含量70％～95％。
步驟(3)中用酸沉析時，可用硫酸，也可用鹽酸。
步驟(3)中用酸沉析前加入的鈉鹽為硫酸鈉或氯化鈉或前次沉析產物過濾後的母液，用量為煅燒硅藻土質量的20％～60％。
步驟(3)中所用的粒子阻隔劑或表面處理劑為一類能與納米二氧化矽粒子表面發生吸附作用的化學物質，如脂肪醇、矽烷、聚矽氧烷、脂肪胺等。
以下為本發明的配方和工藝條件(1)硅藻土的煅燒溫度為500～850℃；煅燒時間20～75min。
(2)煅燒硅藻土與燒鹼反應的物料質量配比為煅燒硅藻土粉∶燒鹼∶水＝1(0.3～0.8)∶(3.0～6.0)；煅燒硅藻土與燒鹼的反應溫度為80～120℃；煅燒硅藻土與燒鹼的反應時間0.5～4.0hr。
(3)沉析作業的酸用量為煅燒硅藻土質量的40％～80％；酸析終點PH值為3～5；酸沉析溶液的濃度為∶10～20波美度(10°Be』～24°Be』)；沉析溫度為30～80℃；沉析時間為50～120min。
(4)沉析中粒子阻隔劑的用量為納米二氧化矽質量的2～8％。
本發明的工藝流程見附
圖1。
本發明方法的優點是，與現有方法相比，原料價廉易得，工藝簡單，產品粒徑小，比表面積高，粒子分散性好，生產成本低。
實施例1吉林臨江II級硅藻土(SiO2含量83.2％，粒度通過200目篩)1175g，在700℃的管式爐中煅燒35min。煅燒後的硅藻土重量為1000g。將此煅燒後的硅藻土加入500g固體工業燒鹼和4500g水，在反應鍋中攪拌反應90min(反應溫度100℃)；將反應產物過濾除去殘渣，加入200g工業硫酸鈉並加水稀釋至18°波美度，再加入550g硫酸進行沉析(沉析溫度35℃，時間100min，終點pH值3.5左右)，沉析過程中加入粒子阻隔劑丁醇45克；沉析產物陳化30min後過濾、洗滌、乾燥，即得鈉米二氧化矽產品。
實施例2吉林臨江II級硅藻土(SiO2含量83.2％，粒度通過200目篩)1175g，在600℃的管式爐中煅燒40min。煅燒後的硅藻土重量為1000g。將此煅燒後的硅藻土加入550g固體工業燒鹼和4500g水，在反應鍋中攪拌反應120min(反應溫度100℃)；將反應產物過濾除去殘渣，加入200g工業硫酸鈉並加水稀釋至16°波美度，再加入600g硫酸進行沉析(沉析溫度45℃，時間90min，終點pH值3.5左右)，沉析過程中加入粒子阻隔劑甘油40克；沉析產物陳化30min後過濾、洗滌、乾燥，即得鈉米二氧化矽產品。
實施例3吉林臨江II級硅藻土(SiO2含量83.2％，粒度通過200目篩)23kg，在600℃的管式爐中煅燒45min。煅燒後的硅藻土重量為20kg。將此煅燒後的硅藻土加入11kg固體工業燒鹼和90kg水，在反應鍋中攪拌反應120min(反應溫度100℃)；將反應產物過濾除去殘渣，加入4kg工業硫酸鈉並加水稀釋至16°波美度，再加入12kg硫酸進行沉析(沉析溫度42℃，時間90min，終點pH值3.5左右)，沉析過程中加入粒子阻隔劑甘油820克；沉析產物陳化30min後過濾、洗滌、乾燥，即得鈉米二氧化矽產品。
各實施例鈉米二氧化矽的檢測分析結果見附表1。
表1 實施例納米二氧化矽產品的檢測分析結果
權利要求
1.一種用硅藻土製備納米二氧化矽的方法，其特徵是(1)將硅藻土礦粉進行煅燒；(2)將煅燒硅藻土粉與燒鹼在加熱條件下反應；(3)將反應產物過濾除去殘渣，加入鈉鹽，加水調至合適濃度後加酸沉析，並加入粒子阻隔劑；(4)將沉析產物陳化、過濾、洗滌、乾燥。
2.根據權利1所述的將硅藻土礦粉進行煅燒，其特徵是，煅燒溫度為500～850℃；煅燒時間20～75min。
3.根據權利1所述的煅燒硅藻土與燒鹼在加熱條件下反應，其特徵是物料質量配比為煅燒硅藻土粉∶燒鹼∶水＝1∶(0.3～0.8)∶(3.0～6.0)；反應溫度80～120℃；反應時間0.5～4.0hr。
4.根據權利1所述的加酸沉析，其特徵是，酸用量為煅燒硅藻土質量的40％～80％；酸析終點PH值為3～5；酸沉析溶液的濃度為10～20波美度(10°Be』～24°Be』)；酸析前鈉鹽的用量為煅燒硅藻土質量的20％～60％；酸析溫度為30～80℃；酸析時間為50～120min。
5.根據權利1所述的加入粒子阻隔劑，其特徵是(1)粒子阻隔劑為脂肪醇、矽烷、聚矽氧烷、脂肪胺；(2)粒子阻隔劑可在沉析過程中添加，也可在沉析終點或陳化前添加，用量為納米二氧化矽質量的2～8％。
全文摘要
本發明涉及一種用硅藻土製備納米二氧化矽的方法。本方法是將硅藻土礦粉在一定溫度下煅燒後與燒鹼在加熱條件下反應，生成矽酸鈉；將反應產物過濾除去殘渣，加入鈉鹽，加水調至合適濃度後加酸沉析，並在沉析過程中或沉析終點加入粒子阻隔劑或表面處理劑防止生成的水合納米二氧化矽粒子團聚；將此沉析產物陳化、過濾、洗滌、乾燥，即得納米二氧化矽。本方法與其它方法相比，具有原料易得、工藝簡單、生產成本低以及產品粒徑小、比表面積大、分散性好等優點。
文檔編號C01B33/00GK1508068SQ0215676
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月18日 優先權日2002年12月18日
發明者鄭水林, 李楊, 王光玉, 姜中強 申請人:中國礦業大學(北京校區), 吉林翔豪實業股份有限公司