专利名称：一种氯硅烷水解的方法
技术领域：
本发明属于化合物水解领域，特别涉及一种对氯硅烷进行水解的方法。
背景技术：
硅烷(SiH4)中的氢原子被氯原子取代后，总称为氯硅烷，通式为HnSiC14_n，式中，n = 0，l，2，3，因此氯硅烷包括一氯硅烷、二氯硅烷、三氯氢硅(三氯硅烷)和四氯化硅。 随着我国多晶硅和有机硅行业的发展，副产物氯硅烷由于产量高、毒性大而成为严重的环境隐患。目前所述副产物氯硅烷，特别是四氯化硅的主要处理途径是用于生产气相白碳黑、 硅酸乙酯、有机硅以及氢化还原为三氯氢硅，但这些途径仍然难以消化大量的四氯化硅，并且投资大、技术复杂或者成本高。申请号为200810044476. X的中国专利申请公开了一种“三氯氢硅生产过程中四氯化硅的回收利用方法”，该方法采用稀盐酸对四氯化硅进行水解。申请号为 200510043027. X的中国专利申请公开了“一种纳米级二氧化硅粉体的制备方法”，该方法采用将四氯化硅直接加入到去离子水中反应来水解四氯化硅，并对生成的硅酸分级提取、干燥得到不同尺寸的二氧化硅粒子。由于氯硅烷在水或稀盐酸中水解得到的以亲水性硅酸为主的沉淀中含有大量的水(含水量超过100wt% )，因此要得到干燥的二氧化硅粉体需要较高的能耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种氯硅烷水解的方法，以降低氯硅烷水解所获二氧化硅/ 硅酸渣的含水量，从而节约能源，降低生产成本。本发明所述氯硅烷水解的方法，其工艺步骤如下(1)配制乳状液以乳化剂、水、与水不相溶的溶剂为原料，乳化剂质量水的质量=0.005 0.2 1，水的体积与水不相溶的溶剂的体积=0.05 0.9 1，在常压、室温(室内自然温度)下将乳化剂、水、与水不相溶的溶剂混合均勻，即形成乳状液；(2)配制氯硅烷溶液以氯硅烷、与水不相溶的溶剂为原料，氯硅烷体积与水不相溶的溶剂的体积= 1 1 25，在常压、室温(室内自然温度)下将氯硅烷、与水不相溶的溶剂相混合，即形成氯硅烷溶液；(3)水解反应以步骤(1)配制的乳状液和步骤( 配制的氯硅烷溶液为原料，所述乳状液与氯硅烷溶液的配比为乳状液中水的摩尔数氯硅烷溶液中氯硅烷的摩尔数=1 0.2 2，将所述乳状液与氯硅烷溶液相混合，在常压、室温(室内自然温度) 50°C反应1分钟 120 分钟，即生成含水量小于60wt%的二氧化硅/硅酸粉粒和氯化氢气体。本发明所述氯硅烷水解的方法，配制乳状液所用乳化剂为亲水亲油平衡值(简称HLB)小于20的酸、酯、醚中的至少一种，优选亲水亲油平衡值为3 9的酸、酯、醚，如Span 系列、HLB为5的聚氧乙烯油醇醚、单硬脂酸甘油酯等。本发明所述氯硅烷水解的方法，配制乳状液和配制氯硅烷溶液所用溶剂为在一个标准大气压下沸点为30°C 250°C的有机溶剂。所述有机溶剂为戊烷、正己烷、环己烷、庚烷、辛烷、石油醚、石脑油、溶剂油、汽油、煤油、柴油中的至少一种，优选正己烷、环己烷、石油醚、溶剂油、煤油。配制乳状液和配制氯硅烷溶液所选择的具体有机溶剂可以相同，也可以不同，优选相同。本发明具有以下有益效果1、本发明所述氯硅烷水解的方法，其水解直接产生的二氧化硅/硅酸粉粒的含水量不超过60wt%，与现有技术相比，有效降低了氯硅烷水解所产生的二氧化硅/硅酸粉粒的含水量。2、本发明所述方法工艺简单，所用设备为常规设备，有利于实现工业化生产。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明所述氯硅烷水解的方法作进一步说明。实施例1本实施例的工艺步骤如下(1)以1.6克Span20(乳化剂)、10mL自来水、30mL正己烷(溶剂)为原料，在室温、常压下将Span20、自来水和正己烷混合均勻，即形成乳状液；(2)以40mL四氯化硅和50mL正己烷(溶剂)为原料，在室温、常压下将四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在搅拌下将步骤(1)配制的乳状液加入到步骤( 配制的四氯化硅溶液中 (水与四氯化硅的摩尔比约为1 0.6)，于常压、50°C回流30分钟，回流时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含正己烷挥发后测得其含水量为20wt%，在150 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅后用水吸收得到31wt%的浓盐酸。实施例2本实施例的工艺步骤如下(1)以0. 33克Span80(乳化剂)、36mL自来水、IOOmL沸程为60 90°C的石油醚 (溶剂)为原料，在室温、常压下将SpanSO溶于石油醚，再将自来水加入到此溶液中混合均勻，即形成乳状液；(2)以150mL四氯化硅和150mL正己烷(溶剂)为原料，在室温、常压下将四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在搅拌下将步骤(1)配制的乳状液加入到步骤( 配制的四氯化硅溶液中 (水与四氯化硅的摩尔比约为1 0.7)，加料完毕后，在搅拌下于常压、室温反应30分钟， 反应时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含有机溶剂挥发后测得其含水量为25wt%，在150 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅后用水吸收得到31wt%的浓盐酸。实施例3
本实施例的工艺步骤如下(1)以1克油酸(乳化剂)、36mL自来水、IOOmL沸程为30 60°C的的石油醚(溶剂)为原料，在室温、常压下将油酸溶于石油醚，再将自来水加入到此溶液中混合均勻，即形成乳状液；(2)以IOOmL四氯化硅和200mL正己烷(溶剂)为原料，在室温、常压下将四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在搅拌下将步骤(1)配制的乳状液加入到步骤( 配制的四氯化硅溶液中 (水与四氯化硅的摩尔比约为1 0.4)，加料完毕后，在搅拌下于常压、室温反应60分钟， 反应时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含有机溶剂挥发后测得其含水量为^wt%，在100 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅后用水吸收得到31wt%的浓盐酸。实施例4本实施例的工艺步骤如下(1)以1. 25克Span20(乳化剂)、36mL自来水、IOOmL沸程为60 90°C的石油醚 (溶剂)为原料，在室温、常压下将Span20溶于石油醚，再将自来水加入到此溶液中混合均勻，即形成乳状液；(2)以50mL多晶硅副产物四氯化硅(含有少量三氯氢硅)和500mL正己烷为原料，在室温、常压下将多晶硅副产物四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在常压、室温下将步骤(1)配制的乳状液与步骤( 配制的四氯化硅溶液按体积比为1 4(水与四氯化硅和三氯氢硅总量的摩尔比约为1 0.2)分别连续加入到搅拌下的反应容器中，加料完毕后，在搅拌下继续反应20分钟，反应时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含有机溶剂挥发后测得其含水量为60wt%，在100 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅和有机溶剂后收集，得到氯化氢气体含量为98v%的气体。实施例5本实施例的工艺步骤如下(1)以2. 0克HLB为5的聚氧乙烯油醇醚(乳化剂)、40mL自来水、IOOmL煤油(溶剂)为原料，在室温、常压下将所述聚氧乙烯油醇醚和自来水加入到煤油中混合均勻，即形成乳状液；(2)以50mL多晶硅副产物四氯化硅(含有少量三氯氢硅)和500mL正己烷为原料，在室温、常压下将所述多晶硅副产物四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在常压、室温下将步骤(1)配制的乳状液与步骤( 配制的四氯化硅溶液按体积比为1 10(水与四氯化硅和三氯氢硅总量的摩尔比约为1 0.5)分别连续加入到搅拌下的反应容器中，加料完毕后，在搅拌下继续反应30分钟，反应时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含有机溶剂挥发后测得其含水量为^wt%，在150 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅和煤油后用水吸收得到31wt%的浓盐酸。
实施例6本实施例的工艺步骤如下(1)以2.5克单硬脂酸甘油酯(乳化剂)、1克聚氧乙烯油醇(乳化剂)、40mL自来水、IOOmL 6号抽提溶剂油(《GB 16629-1996》，溶剂)为原料，在室温、常压下将所述单硬脂酸甘油酯、聚氧乙烯油醇和自来水加入到6号抽提溶剂油中混合均勻，即形成乳状液；(2)以50mL三氯氢硅副产物四氯化硅和500mL正己烷为原料，在室温、常压下将所述三氯氢硅副产物四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在常压、室温下将步骤(1)配制的乳状液与步骤( 配制的四氯化硅溶液按体积比为1 10(水与四氯化硅的摩尔比约为1 0. 5)分别连续加入到搅拌下的反应容器中，加料完毕后，在搅拌下继续反应60分钟，反应时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含有机溶剂挥发后测得其含水量为25wt%，在 150 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅和溶剂油后收集，得到氯化氢气体含量为98v%的气体。实施例7本实施例的工艺步骤如下(1)以2. 5克单硬脂酸甘油酯(乳化剂)、40mL自来水、IOOmL体积比为1:1:1 的正己烷、环己烷、庚烷的混合液(溶剂)为原料，在室温、常压下将所述单硬脂酸甘油酯和自来水加入到所述混合溶剂中混合均勻，即形成乳状液；(2)以50mL多晶硅副产物四氯化硅(含有少量三氯氢硅)和500mL正己烷为原料，在室温、常压下将所述多晶硅副产物四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在常压、室温下将步骤(1)配制的乳状液与步骤( 配制的四氯化硅溶液按体积比为1 10(水与四氯化硅和三氯氢硅总量的摩尔比约为1 0.5)分别连续加入到搅拌下的反应容器中，加料完毕后，在搅拌下继续反应60分钟，反应时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含有机溶剂挥发后测得其含水量为^wt%，在150 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅和有机溶剂后收集，得到氯化氢气体含量为98v%的气体。实施例8本实施例的工艺步骤如下(1)以1. 25克Span20(乳化剂)、36mL自来水、IOOmL沸程为60 90°C的石油醚 (溶剂)为原料，在室温、常压下将所述Span20溶于所述石油醚，再加入自来水混合均勻，即形成乳状液；(2)以40mL三氯氢硅副产物四氯化硅和IOOOmL正己烷为原料，在室温、常压下将所述三氯氢硅副产物四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在常压、室温下将步骤(1)配制的乳状液与步骤( 配制的四氯化硅溶液按体积比为1 20(水与四氯化硅的摩尔比约为1 0. 5)分别连续加入到搅拌下的反应容器中，加料完毕后，在搅拌下继续反应20分钟，反应时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含有机溶剂挥发后测得其含水量为30wt%，在 150 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅和石油醚后收集，得到氯化氢气体含量为98v%的气体。实施例9本实施例的工艺步骤如下(1)以1. 25克Span80(乳化剂)、18mL自来水、IOOmL沸程为60 90°C的石油醚 (溶剂)为原料，在室温、常压下将所述SpanSO溶于所述石油醚，再加入自来水混合均勻，即形成乳状液；(2)以230mL多晶硅副产物四氯化硅(含有少量三氯氢硅)和IOOOmL正己烷为原料，在室温、常压下将所述多晶硅副产物四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在常压、室温下将步骤(1)配制的乳状液与步骤( 配制的四氯化硅溶液按体积比为1 10(水与四氯化硅和三氯氢硅总量的摩尔比约为1 2)分别连续加入到搅拌下的反应容器中，加料完毕后，在搅拌下继续反应120分钟，反应时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含有机溶剂挥发后测得其含水量为15wt%，在150 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅和石油醚后收集，得到氯化氢气体含量为98v%的气体。实施例10本实施例的工艺步骤如下(1)以0. 5克Span80(乳化剂)、10mL自来水、IOOmL沸程为60 90°C的石油醚 (溶剂)为原料，在室温、常压下将所述SpanSO溶于所述石油醚，再加入自来水混合均勻，即形成乳状液；(2)以IOOmL多晶硅副产物四氯化硅(含有少量三氯氢硅)和IOOOmL正己烷为原料，在室温、常压下将所述多晶硅副产物四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在常压、室温下将步骤(1)配制的乳状液与步骤( 配制的四氯化硅溶液按体积比为1 10(水与四氯化硅和三氯氢硅总量的摩尔比约为1 1.6)分别连续加入到搅拌下的反应容器中，加料完毕后，在搅拌下继续反应30分钟，反应时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含有机溶剂挥发后测得其含水量为21wt%，在150 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅和石油醚后用水吸收得到浓度31wt%的浓盐酸。实施例11本实施例的工艺步骤如下(1)以3. 5克Span80(乳化剂)、90mL自来水、IOOmL沸程为60 90°C的石油醚 (溶剂)为原料，在室温、常压下将所述SpanSO溶于所述石油醚，再加入自来水混合均勻，即形成乳状液；(2)以IOOmL多晶硅副产物四氯化硅(含有少量三氯氢硅)和IOOOmL正己烷为原料，在室温、常压下将所述多晶硅副产物四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在常压、室温下将步骤(1)配制的乳状液与步骤( 配制的四氯化硅溶液按体积比为1 20(水与四氯化硅和三氯氢硅总量的摩尔比约为1 0.6)分别连续加入到搅拌下的反应容器中，加料完毕后，在搅拌下继续反应30分钟，反应时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含有机溶剂挥发后测得其含水量为45wt%，在150 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅和石油醚后用水吸收得到浓度31wt%的浓盐酸。实施例12本实施例的工艺步骤如下(1)以0. 1克Span60(乳化剂)、20mL自来水、IOOmL沸程为60 90°C的石油醚 (溶剂)为原料，在室温、常压下将所述SpanSO溶于所述石油醚，再加入自来水混合均勻，即形成乳状液；(2)以40mL多晶硅副产物四氯化硅(含有少量三氯氢硅)和200mL正己烷为原料，在室温、常压下将所述多晶硅副产物四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均勻，即形成四氯化硅溶液；(3)在常压、室温下将步骤(1)配制的乳状液与步骤( 配制的四氯化硅溶液按体积比为1 10(水与四氯化硅和三氯氢硅总量的摩尔比约为1 1.4)分别连续加入到搅拌下的反应容器中，加料完毕后，在搅拌下继续反应1分钟，反应时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含有机溶剂挥发后测得其含水量为40wt%，在150 200°C烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅和石油醚后用水吸收得到浓度31wt%的浓盐酸。
权利要求
1.一种氯硅烷水解的方法，其特征在于工艺步骤如下(1)配制乳状液以乳化剂、水、与水不相溶的溶剂为原料，乳化剂质量水的质量=0.005 0.2 1， 水的体积与水不相溶的溶剂的体积=0.05 0.9 1，在常压、室温下将乳化剂、水、与水不相溶的溶剂混合均勻，即形成乳状液；(2)配制氯硅烷溶液以氯硅烷、与水不相溶的溶剂为原料，氯硅烷体积与水不相溶的溶剂的体积= 1 1 25，在常压、室温下将氯硅烷、与水不相溶的溶剂相混合，即形成氯硅烷溶液；(3)水解反应以步骤⑴配制的乳状液和步骤⑵配制的氯硅烷溶液为原料，所述乳状液与氯硅烷溶液的配比为乳状液中水的摩尔数氯硅烷溶液中氯硅烷的摩尔数=1 0.2 2，将所述乳状液与氯硅烷溶液相混合，在常压、室温 50°C反应1分钟 120分钟，即生成含水量小于60wt%的二氧化硅/硅酸粉粒和氯化氢气体。
2.根据权利要求1所述氯硅烷水解的方法，其特征在于配制乳状液所用乳化剂为亲水亲油平衡值小于20的酸、酯、醚中的至少一种，
3.根据权利要求2所述氯硅烷水解的方法，其特征在于配制乳状液所用乳化剂为亲水亲油平衡值=3 9的酸、酯、醚中的至少一种。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述氯硅烷水解的方法，其特征在于配制乳状液和配制氯硅烷溶液所用溶剂为在一个标准大气压下沸点为30°C 250°C的有机溶剂。
5.根据权利要求4所述氯硅烷水解的方法，其特征在于所述有机溶剂为戊烷、正己烷、 环己烷、庚烷、辛烷、石油醚、石脑油、溶剂油、汽油、煤油、柴油中的至少一种。
6.根据权利要求5所述氯硅烷水解的方法，其特征在于所述有机溶剂为正己烷、环己烷、石油醚、溶剂油、煤油中的至少一种。
全文摘要
一种氯硅烷水解的方法，工艺步骤如下(1)乳化剂质量∶水的质量＝0.005～0.2∶1，水的体积∶与水不相溶的溶剂的体积＝0.05～0.9∶1，将乳化剂、水、与水不相溶的溶剂混合均匀，即形成乳状液；(2)氯硅烷体积∶与水不相溶的溶剂的体积＝1～25∶1，将氯硅烷、与水不相溶的溶剂相混合，即形成氯硅烷溶液；(3)以步骤(1)配制的乳状液和步骤(2)配制的氯硅烷溶液为原料，所述乳状液与氯硅烷溶液的配比为乳状液中水的摩尔数∶氯硅烷溶液中氯硅烷的摩尔数＝1∶0.2～2，将所述乳状液与氯硅烷溶液相混合，反应1分钟～120分钟，即生成含水量小于60wt％的二氧化硅/硅酸粉粒和氯化氢气体。
文档编号C01B7/03GK102320613SQ20111014958
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月4日 优先权日2011年6月4日
发明者夏烈文, 龚韬 申请人:乐山市立胜科技有限责任公司