专利名称：一种气相法制备纳米二氧化硅的方法
技术领域：
本发明涉及二氧化硅，具体地说，本发明涉及一种制备无定型纳米二氧化硅的方法。
背景技术：
白炭黑学名为水合二氧化硅，分子式为Si02 111120，是细微粉末状或超细粒子状的 二氧化硅，原始粒径小于0. 0003mm，比重为2. 319 2. 653，熔点为1750°C 。水合二氧化硅 是德国在20世纪40年代作为炭黑的代用品开发出来的，现已广泛应用于橡胶、制鞋、油漆、 造纸、合成树脂和油脂等工业部门，其中橡胶、制鞋工业中用量最大。 气相白炭黑是一种技术含量很高的精细化学品，其价格是Si(^品种中价值最高 的。有关该产品的业务遍及世界各地，但其生产却高度集中，核心技术主要由Degussa、 Cabot 、Wacker 、 Tokuyama、 OAO等少数几家国外公司控制，生产能力几乎占据了全球所有，使 得其它厂家很难进入该领域。德国迪高沙(Degussa)公司和美国卡伯特(Cabot)公司的气 相法生产技术全球领先。他们的生产装置规模大，自动化程度高，产品成本低，牌号(尤其 是应用于特殊领域的功能性专用产品牌号)多，品质好，如表面积分布均匀、含水量低。我 国的企业也采用气相法生产，但在生产规模、生产技术、自动化程度及产品牌号等方面远不 及国外大公司。近几年，我国气相法白炭黑产业进入高速发展阶段，市场需求年均增长幅度 为31.6%。由于国内产量无法满足市场需求，每年尚需大量进口。 因此，本发明的目的在于提供一种以低成本的粉煤灰为原料，气相法制备纳米二 氧化硅的方法。
发明内容
本发明的提供一种气相法制备纳米二氧化硅的方法，其特征在于，采用粉煤灰水 解生成硅胶，经干燥得到纳米二氧化硅。 在一个优选的实施方案中，先将粉煤灰经过15 % 25%的稀硫酸酸浸泡0. 1 3 小时后，再在环境温度为-4t: 25t:的条件下，将粉煤灰与CaF2以质量比为1 : 1 3的 比例混合置于容器中，滴加浓H^(V与粉煤灰的重量比为1 : 0. 1 4，搅拌反应，把生成的 四氟化硅气体导入水解装置中，再向水解装置加入表面分散剂进行水解，最后，将生成的白 色固体过滤、干燥得无定型纳米Si02 nH20。 在另一个优选的实施方案中，先将粉煤灰经过15% 25%的稀硫酸酸浸泡0. 1
3小时后，再将粉煤灰与浓H2S04按质量比1 : 0. 1 3混合，置于容器中，于_4°C 25°C
缓慢加入无水氢氟酸，将生成的气体导入一个水解装置中，再向水解装置加入表面分散剂
进行水解，最后，将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米Si02 nH20。 优选的是，所述分散剂与所述粉煤灰的重量比为1 : 0. 1 4，以使生产出粒子分
布均匀、不易团聚的产品。 优选的是，所述表面分散剂选自乙醇、乙二醇、丙三醇、十二烷基硫酸钠、柠檬酸中的一种或多种。 更优的是，所述表面分散剂为40%的乙醇，水解条件是在10 6(TC条件下，搅拌 2 10小时。 本发明有两条工艺路线 1、先将粉煤灰经过15 % 25%的稀硫酸酸浸泡0. 1 3小时后，再在环境温度 为-4" 25"的条件下，将粉煤灰与0^2以质量比为1 : 1 3的比例混合置于容器中， 滴加浓H^(V与粉煤灰的重量比为1 : 0. 1 4，搅拌反应，把生成的四氟化硅气体导入水 解装置中，再向水解装置加入表面分散剂进行水解，最后，将生成的白色固体过滤、干燥得 无定型纳米Si02 nH20。 2、先将粉煤灰经过15 % 25%的稀硫酸酸浸泡0. 1 3小时后，再将粉煤灰与浓
4304按质量比1 : 0.1 3混合，置于容器中，于-4t: 25t:缓慢加入无水氢氟酸，将生
成的气体导入一个水解装置中，再向水解装置加入表面分散剂进行水解，最后，将生成的白 色固体过滤、干燥得无定型纳米Si02 nH20。 第二种方法较第一种方法易于控制，生产环境更加符合环保要求，可降低生产成 本。 本发明的有益效果为 本发明利用粉煤灰中的四氟化硅水解生成硅胶，经干燥得到纳米二氧化硅。其原 料成本低廉，工艺简单，易于生产控制。生产的白炭黑为白色无定形絮状半透明固体，无毒， 有很大的比表面积(100 400m7g);产品具有高化学纯度及高分散性能，在空气中吸收水 后聚集成颗粒，能溶于氢氧化钠和氢氟酸中，对其他化学药品稳定，耐高温，不燃烧，具有很 高的电绝缘性，很强的稳定性、补强性、增稠性和触变性，以及较高的表面活性，在应用于橡 胶等其他材料混合时，显示出较高的补强效果与优异的物理特性，是透明和彩色制品不可 缺少的材料。
具体实施例方式以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方
式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。 实施例一 1、预处理粉煤灰将粉煤灰置于15% 25%的稀硫酸酸浸泡0. 1 3小时，备用。
2、将100kg粉煤灰与100kg 300kgCaF2分别投入反应釜中，搅拌混合均匀后，向 反应釜滴加10kg 400kg浓1^04，在-4°C 25t:条件下搅拌反应，把生成的四氟化硅气 体用管道导入水解装置中。 3、向水解装置加入10kg 100kg表面分散剂，进行水解，生成的白色固体。
4、将白色固体用400目的板框压滤机过滤，然后干燥，最后制得纯白疏松的无定 型纳米Si02 nH20。
实施例二 1、预处理粉煤灰将粉煤灰置于15% 25%的稀硫酸酸浸泡0. 1 3小时，备用。
2、将100kg粉煤灰与100kg 300kg浓H2S04分别投入铁制的反应釜中，于-4t: 25t:下，缓慢加入10 100kg无水氢氟酸，把生成的四氟化硅气体用管道导入水解装置中。
3、向水解装置加入10kg 100kg表面分散剂，进行水解，生成的白色固体。
4、将白色固体用400目的板框压滤机过滤，然后干燥，最后制得纯白疏松的无定 型纳米Si02 nH20。 上述两种方法中，表面分散剂可以为乙醇、乙二醇、丙三醇、十二烷基硫酸钠和柠 檬酸中的一种或多种，可分别得到拉径为6 nm， 10 15nm，20 30nm禾P 80 lOOnm的 无定型纳米Si02 nH20。 其中，采用40%的乙醇溶液为表面分散剂，控制温度在10 6(TC，加热搅拌2 10小时，颗粒的粒径大小可控制为6nm 100nm。
权利要求
一种气相法制备纳米二氧化硅的方法，其特征在于，采用粉煤灰水解生成硅胶，经干燥得到纳米二氧化硅。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，先将粉煤灰经过15% 25%的稀硫酸酸浸 泡0. 1 3小时后，再在环境温度为_4°C 25t:的条件下，将粉煤灰与CaF2以质量比为 1 : 1 3的比例混合置于容器中，滴加浓貼04，与粉煤灰的重量比为1 : 0. 1 4，搅拌 反应，把生成的四氟化硅气体导入水解装置中，再向水解装置加入表面分散剂进行水解，最 后，将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米Si(^ nH20。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，先将粉煤灰经过15% 25%的稀硫酸酸浸 泡O. 1 3小时后，再将粉煤灰与浓112504按质量比1 : 0. 1 3混合，置于容器中，于-4" 25t:缓慢加入无水氢氟酸，将生成的气体导入一个水解装置中，再向水解装置加入表面分 散剂进行水解，最后，将生成的白色固体过滤、干燥得无定型纳米Si02 nH20。
4. 如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述分散剂与所述粉煤灰的重量比为i : o. i 4。
5. 如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述表面分散剂选自乙醇、乙二醇、丙三 醇、十二烷基硫酸钠、柠檬酸中的一种或多种。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述表面分散剂为40 %的乙醇，水解条件 是在10 6(TC条件下，搅拌2 10小时。
全文摘要
本发明提供一种气相法制备纳米二氧化硅的方法，其特征在于，采用粉煤灰水解生成硅胶，经干燥得到纳米二氧化硅。本发明利用粉煤灰中的四氟化硅水解生成硅胶，经干燥得到纳米二氧化硅。其原料成本低廉，工艺简单，易于生产控制，所得二氧化硅为白色无定形絮状半透明固体，无毒，有很大的比表面积(100～400m2/g)，产品具有高化学纯度及高分散性能，具有较高的表面活性。
文档编号C01B33/00GK101746763SQ200810203829
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月2日 优先权日2008年12月2日
发明者徐守启 申请人:上海科王新型材料研究中心