一種納米級二氧化矽的製備方法
2023-10-25 09:31:47
一種納米級二氧化矽的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種納米級二氧化矽的製備方法。該方法以桂酸納為原料進行酸化反應，經過濾、洗滌，添加共沸劑組成共沸混合物後進行蒸餾，沉澱經乾燥，鍛燒，過篩得到納米級二氧化矽粉體添加共沸劑進行共沸處理，實驗原材料價格低廉，無需再添加任何分散劑和表面活性劑，且使用該方法製備出來的二氧化矽粉體粒徑在l-100nm之間，分散性好，無團聚現象，適合工業化生產。
【專利說明】一種納米級二氧化矽的製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及二氧化矽粉體的製備方法，具體涉及一種納米級二氧化矽的製備方 法。
【背景技術】
[0002] 目前納米級二氧化矽的製備方法主要有氣相法，溶膠凝膠法，微乳液法和液相沉 澱法。其中氣相法製備出的二氧化矽產品是所有製備方法中性能最為優良的。該方法比較 容易製備出晶態和非晶態納米粒子，具有清潔、無壁效應、粒度分布均勻，無黏結、產量高、 可連續生產及應用廣泛等優點。工藝主要為四氯化矽在氫氧焰中高溫燃燒，經沉積脫酸制 得。該工藝比較成熟，已經有工業化產品，但其工藝原料昂貴，對設備要求高，生產流程長， 能耗大。而以成本低廉的矽酸鈉為原料的製備工藝主要有液相沉澱法和微乳液法。
[0003] 微乳液法見專利CN100345755C，採用鹼金屬矽酸鹽與表面活性劑和助表面活性 劑混合配成製成油包水的納米溶膠超增團體系溶液，加入酸性沉澱劑使得反應在納米尺度 內進行，生成納米級二氧化矽小顆粒。該方法製備出來的二氧化矽粒度分布均勻，分散性 好，但微乳液法配成的微乳液體系中矽酸鹽含量低，表面活性劑和助表面活性劑用量大，不 適合工業化生產，且有機物難以去除。化學沉澱法具有原料來源廣泛、價廉，能耗小，工藝 簡單，易於工業化等優點，但同時也存在產品粒徑大或分布範圍較寬的問題。液相沉澱法 見專利CN100341966C，該方法以矽酸鈉為原料，氯化銨為沉澱劑，乙醇為分散劑，並加入有 機娃化合物對沉澱進行表面改性製備出了粒徑在10-50nm的納米級二氧化娃產品。專利 CN102092721A以矽酸鈉為原料，硫酸為沉澱劑，並加入有機表面活性劑，低碳醇類分散劑， 製備出了含量為96%以上的納米級白炭黑廣品。
【發明內容】
[0004] 本發明目的在於針對上述現有技術的缺陷，提供一種相比現有文獻更易於工業前 景的納米級二氧化矽的生產方法。為了實現上述目的，本發明的技術方案提供了一種納米 級二氧化矽的製備方法：以矽酸鈉為原料進行酸化反應，經過濾洗滌後添加共沸劑進行共 沸處理，沉澱經乾燥，煅燒，過篩得到納米級二氧化矽粉體。
[0005] 本發明所述的納米級二氧化矽的製備方法包含如下步驟：
[0006] 1)將矽酸鈉溶液加酸調至pH3-6,攪拌後進行陳化；
[0007] 2)過濾並洗滌沉澱；
[0008] 3)將步驟2)中過濾所得濾餅分散至共沸劑中形成共沸混合物，蒸餾除盡濾餅中 的溶劑,過濾回收沉澱；
[0009] 4)將步驟3)中沉澱乾燥，煅燒，過篩，得到納米級二氧化矽粉體。
[0010] 在一些實施方式中，本發明所述的矽酸鈉溶液濃度為0. 4-1. 0mol/L。
[0011] 在一些實施方式中，本發明所述的酸為無機酸。
[0012] 在另一些實施方式中，本發明所述的無機酸為質量濃度為20% -30%硫酸溶液。
[0013] 在一些實施方式中，本發明所述攪拌的攪拌速度為500-800轉/分，攪拌時間 > 0. 5小時，陳化的陳化時間為3-5小時。
[0014] 在一些實施方式中，本發明所述的共沸劑選自正丁醇、異丁醇、苯、甲苯、吡啶或其 組合。
[0015] 在另一些實施方式中，本發明所述的共沸劑為正丁醇。
[0016] 在一些實施方式中，步驟4)所述的煅燒溫度為400-600°C，煅燒時間為3小時。
[0017] 在一些實施方式中，本發明所述乾燥的溫度為70°C，乾燥時間為12小時。
[0018] 在一些實施方式中，本發明方法所述的過濾為用快速定性濾紙低壓抽濾，洗滌是 以蒸餾水洗至濾液不含引入的酸根雜質，具體的，當酸化劑為硫酸時，應洗至濾液用氯化鋇 溶液檢測無白色沉澱產生，當酸化劑為鹽酸時，則採用硝酸銀溶液檢測濾液無白色沉澱為 止。
[0019] 本發明的詳細說明
[0020] 定義和一般術語
[0021] 本發明使用的術語"共沸混合物"或"共沸物"表示當兩種或多種不同成分的均相 溶液，以一個特定的比例混合時，在固定的壓力下，僅具有一個沸點。濾餅中的溶劑可以為 多種，其中以水最為常見。
[0022] 本發明使用的術語"共沸劑"表示和進料組分生成共沸混合物的添加組分。在待 除溶劑的物質中加入共沸劑，利用共沸混合物的特性，蒸餾時可將待除溶劑蒸餾出來。
[0023] 本發明使用的術語"過濾"表示在重力或者其他外力作用下通過介質將流體與非 流體分離的操作，所述介質包括但不限於濾紙、紗布、濾芯、半透膜、濾網等，理論上，含有多 孔結構的材料都可以成為過濾的介質；過濾的設備包括但不限於真空或減壓裝置、加壓裝 置、離心裝置等。
[0024] 本發明使用的術語"乾燥"表示借熱能使物料中水或溶劑氣化，並帶走所生成的蒸 汽的過程。乾燥的方法包括但不限於烘乾、真空乾燥、冷凍乾燥、氣流乾燥、微波乾燥、紅外 線乾燥和高頻率乾燥等。
[0025] 本發明的方法採用的原料易得且價格低廉，無需再添加任何分散劑和表面活性 齊U ;本發明利用共沸步驟，即加入有機共沸劑與濾餅中的溶劑混合，組成共沸混合物，能降 低溶劑的沸點，使共沸混合物在較低的溫度下蒸發，帶出濾餅中的溶劑，在乾燥時不會造成 團聚。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 圖1為實施例1納米二氧化矽產品透射電鏡圖（TEM)
[0027] 圖2為實施例2納米二氧化矽產品透射電鏡圖（TEM)
[0028] 圖3為實施例3納米二氧化矽產品透射電鏡圖（TEM)
[0029] 圖4為實施例4納米二氧化矽產品透射電鏡圖（TEM)
【具體實施方式】
[0030] 以下所述的是本發明的優選實施方式，本發明所保護的不限於以下優選實施方 式。應當指出，對於本領域的技術人員來說在此發明創造構思的基礎上，做出的若干變形和 改進，都屬於本發明的保護範圍。
[0031] 實施例1
[0032] 稱取113. 68g九水矽酸鈉，加水配製成矽酸鈉濃度為0. 4mol/L的溶液，置於2升 的三口燒瓶中，開攪拌於500轉/分。配製30 %的硫酸溶液，在常溫狀態下緩慢滴加至矽 酸鈉溶液中，直至反應溶液pH = 6為滴加終點。繼續攪拌1小時，停攪拌常溫陳化3小時。 將反應所得溶膠狀沉澱進行真空抽濾，用純水洗滌、過濾，循環操作直至最終濾液用氯化鋇 溶液檢測無白色沉澱產生。濾餅均勻分散到正丁醇中於120°C進行共沸脫水處理，直至水分 不再餾出。過濾回收正丁醇，沉澱於70°C真空乾燥12小時，置於500°C馬弗爐中煅燒3小 時，過120目篩，得到20g粒徑為10-30nm二氧化矽粉體，TEM圖見圖1。
[0033] 實施例2
[0034] 稱取170. 52g九水矽酸鈉，加水配製成矽酸鈉濃度為0. 6mol/L的溶液，置於2升 的三口燒瓶中，開攪拌於600轉/分。配製25 %的硫酸溶液，在常溫狀態下緩慢滴加至矽酸 鈉溶液中，直至反應溶液pH = 5為滴加終點。繼續攪拌0. 5小時，停攪拌常溫陳化4小時。 將反應所得溶膠狀沉澱進行真空抽濾，用純水洗滌、過濾，循環操作直至最終濾液用氯化鋇 檢測無白色沉澱產生。濾餅均勻分散到正丁醇中於140°C進行共沸脫水處理，直至水分不再 餾出。過濾回收正丁醇，沉澱於70°C真空乾燥12小時，置於500°C馬弗爐中煅燒3小時，過 120目篩，得到29g粒徑為30-50nm粉體產品，TEM圖見圖2。
[0035] 實施例3
[0036] 稱取227. 36g九水矽酸鈉，加水配製成矽酸鈉濃度為0. 8mol/L的溶液，置於2升 的三口燒瓶中，開攪拌於700轉/分。配製25 %的硫酸溶液，在常溫狀態下緩慢滴加至矽 酸鈉溶液中，直至反應溶液pH = 4為滴加終點。繼續攪拌1小時，停攪拌常溫陳化4小時。 將反應所得溶膠狀沉澱進行真空抽濾，用純水洗滌、過濾，循環操作直至最終濾液用氯化鋇 檢測無白色沉澱產生。濾餅均勻分散到正丁醇中於140°C進行共沸脫水處理，直至水分不再 餾出。過濾回收正丁醇，沉澱於70°C真空乾燥12小時，置於400°C馬弗爐中煅燒3小時，過 120目篩，得到41g粒徑為20-40nm二氧化矽粉體產品，TEM圖見圖3。
[0037] 實施例4
[0038] 稱取284. 6g九水矽酸鈉，加水配製成矽酸鈉濃度為1. 0mol/L的溶液，置於2升的 三口燒瓶中，開攪拌於800轉/分。配製20%的硫酸溶液，在常溫狀態下緩慢滴加至矽酸 鈉溶液中，直至反應溶液pH = 3為滴加終點。繼續攪拌0. 5小時，停攪拌常溫陳化5小時。 將反應所得溶膠狀沉澱進行真空抽濾，用純水洗滌、過濾，循環操作直至最終濾液用氯化鋇 檢測無白色沉澱產生。濾餅均勻分散到正丁醇中於130°C進行共沸脫水處理，直至水分不再 餾出。過濾回收正丁醇，沉澱於70°C真空乾燥12小時，置於馬弗爐中600°C煅燒3小時，過 120目篩，得到52g粒徑為30-70nm二氧化矽粉體產品，TEM圖見圖4。
【權利要求】
1. 一種納米級二氧化矽的製備方法，其特徵是包含如下步驟： 1) 將矽酸鈉溶液加酸調至PH3-6,攪拌後進行陳化； 2) 過濾並洗滌沉澱； 3) 將步驟2)中過濾所得濾餅分散至共沸劑中形成共沸混合物，蒸餾除去濾餅中的溶 齊U，過濾回收沉澱； 4) 將步驟3)中沉澱乾燥，煅燒，過篩，得到納米級二氧化矽粉體。
2. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是，所述的矽酸鈉溶液濃度為0. 4-1. 0mol/ L。
3. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是，所述的酸為無機酸。
4. 根據權利要求3所述的製備方法，其特徵是，所述的無機酸為質量濃度為20%-30% 硫酸溶液。
5. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是，步驟1)所述攪拌的攪拌速度為 500-800轉/分，攪拌時間> 0. 5小時，陳化的陳化時間為3-5小時。
6. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是，所述的共沸劑選自正丁醇、異丁醇、苯、 甲苯、吡啶或其組合。
7. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是，所述的共沸劑為正丁醇。
8. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是，步驟4)所述煅燒的煅燒溫度為 400-600°C，煅燒時間為3小時。
9. 根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是，步驟4)所述乾燥的乾燥溫度為70°C， 乾燥時間為12小時。
【文檔編號】B82Y30/00GK104211070SQ201410243406
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2013年6月3日
【發明者】程敬華, 曹禮洪 申請人:東莞市長安東陽光鋁業研發有限公司