本发明涉及二氧化硅的制备技术领域，具体涉及一种纳米二氧化硅的制备方法。
背景技术：
目前，二氧化硅粉末作为一种多功能添加剂，是一种工业化应用的纳米材料，其具有质量轻、比重小和熔点高的特点，以及优异的稳定性、补强性、增稠性和触变性等性质，广泛应用于硅橡胶、绿色轮胎、密封胶及胶粘剂、塑料、不饱和聚酯、涂料和造纸等行业领域。纳米二氧化硅的粒径范围在几十纳米，纳米二氧化硅的熔点和沸点很高，具有很高的硬度和很好的稳定性，其具有良好的化学惰性、热力稳定性，应用范围极为广泛。
二氧化硅的制备方法，工业上无论是采用液相法或气相法制备得到的纳米二氧化硅，其制备过程极为复杂，制造的二氧化硅的产品的成本高，二氧化硅的生产过程的环保问题也很突出。在自然界存在纯度极高的二氧化硅矿石，采用机械破碎可以得到微米级的二氧化硅。然而，继续采用机械破碎法以得到纳米级的二氧化硅，制造成本较高。
由此可见，现有的纳米二氧化硅的制备方法存在着制备成本高、制造过程复杂、环保性差的缺陷，亟待进一步改进。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种纳米二氧化硅的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种纳米二氧化硅的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤A：取二氧化硅矿石酸洗、水洗后，进行干燥；
步骤B：将干燥后的所述二氧化硅矿石粉碎至微米级的二氧化硅粉末；
步骤C：将浓度为10％-60％的氢氧化钠、所述微米二氧化硅粉末以及六偏磷酸钠加入反应器中混合加热，在压力小于0.2Mp条件下，搅拌反应0.4-0.8小时后，得到二氧化硅混合物反应液；
步骤D：将所述反应器中的所述二氧化硅混合物反应液的温度降低到室温，反应器的压力恢复到常压；
步骤E：将步骤D中的所述二氧化硅混合物反应液进行过滤、洗涤、干燥得到纳米二氧化硅粉末，同时将过滤得到的溶液回收利用。
本发明的一个实施例中，所述步骤C中，所述氢氧化钠溶液与所述微米二氧化硅粉末的体积比为3:1-1:1。
本发明的一个实施例中，所述步骤C中，所述六偏磷酸钠的加入量为所述微米二氧化硅粉末重量的0.1％-0.5％。
本发明的一个实施例中，所述步骤B中，所述微米二氧化硅粉末的粒径为1-10μm。
本发明的一个实施例中，所述步骤C中，所述二氧化硅混合物反应液的加热温度介于125℃-135℃之间。
本发明的一个实施例中，所述步骤E中，所述纳米二氧化硅粉末的粒径为10-100纳米。
本发明具有如下优点：
本发明涉及的纳米二氧化硅的制备方法，其制备工艺流程简单，制造成本低，对环境的污染小，得到二氧化硅的粉末趋向球形。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明纳米二氧化硅的制备方法是将机械破碎与化学方法结合，以实现制造纳米二氧化硅的目的。具体的，本发明采用氢氧化钠与微米级二氧化硅反应得到纳米二氧化硅的反应原理如下：
2NaOH+SiO2＝Na2SiO3+H2O
以上反应式说明，氢氧化钠溶液与二氧化硅粉末反应时，会溶解二氧化硅，使其生成硅酸钠。而溶解的过程就是颗粒二氧化硅体积变小的过程，即由微米二氧化硅向纳米二氧化硅变化的过程，二氧化硅溶解时，由于机械破碎的二氧化硅颗粒的表面具有很多棱角，当棱角被溶解后，原颗粒体积较大微米二氧化硅亦变为颗粒体积较小的纳米二氧化硅，也就是体积变小向纳米二氧化硅转变的过程，因此，利用以上原理只要控制好反应条件，就能获得纳米级二氧化硅。
具体的，本发明提供的纳米二氧化硅的制备方法包括以下步骤：
步骤A：取二氧化硅矿石酸洗、水洗后，进行干燥；
步骤B：将干燥后的二氧化硅矿石粉碎至微米级的二氧化硅粉末，该二氧化硅粉末的粒径为1-10μm。
步骤C：将浓度为10％-60％的氢氧化钠、微米二氧化硅粉末以及六偏磷酸钠加入反应器中混合加热，在压力小于0.2Mp条件下，搅拌反应0.4-0.8小时，得到二氧化硅混合物反应液。其中，氢氧化钠溶液与微米二氧化硅的体积比为3:1-1:1。六偏磷酸钠的加入量为微米二氧化硅重量的0.1％-0.5％。在该步骤的反应过程中，二氧化硅混合物反应液的加热温度介于125℃-135℃之间。
步骤D：将反应器中的二氧化硅混合物反应液的温度降低到室温，反应器的压力恢复到常压；
步骤E：二氧化硅混合物反应液进行过滤、洗涤、干燥得到纳米二氧化硅粉末，纳米二氧化硅粉末的粒径为10-100纳米。最后，从二氧化硅混合物反应液中过滤分离出的溶液回收，可以通过加入一定量的固体氢氧化钠后再次循环利用。
实施例1
取一定量的二氧化硅矿石，除去杂质，再经过水洗、干燥，然后利用球磨机研磨得到二氧化硅粉末，将得到的二氧化硅粉末进行分级，取粒径范围为1-10μm的二氧化硅粉末进一步进行处理。
将质量浓度为10％的氢氧化钠溶液，倒入反应釜中，然后加入1-10μm二氧化硅粉末和六偏磷酸钠，其中，氢氧化钠溶液与二氧化硅之间的体积比为3:1，六偏磷酸钠的加入量是二氧化硅重量的0.1％。在反应釜中，得到二氧化硅的混合物反应液，将反应釜加热升温使得二氧化硅的混合物反应液至温度135℃，反应釜内的压力等于0.2Mp，将二氧化硅混合物溶液搅拌0.4小时，停止升温，将冷水通入到反应釜升温降温的夹套内，降温至室温，压力恢复到常压。
打开反应釜的出料阀，将二氧化硅混合物反应液通过输送泵输入过滤器进行过滤、洗涤，将过滤得到的二氧化硅进行干燥，最终得到纳米二氧化硅，得到的纳米二氧化硅粉末。从二氧化硅混合物反应液中分离出的母液可以加入一定量的固体氢氧化钠后循环利用。经电镜分析，得到的二氧化硅粉末近似球形，粒径分布范围为10-100纳米。
实施例2
取一定量的二氧化硅矿石，除去杂质，再经过水洗、干燥，然后利用球磨机研磨得到二氧化硅粉末，将得到二氧化硅粉末进行分级，取粒径范围为1-10μm的二氧化硅粉末进一步进行处理。
将质量浓度为60％的氢氧化钠溶液，倒入反应釜中，然后加入1-10μm二氧化硅粉末和六偏磷酸钠，其中，氢氧化钠溶液与二氧化硅之间的体积比为1:1，六偏磷酸钠的加入量是二氧化硅重量的0.5％。在反应釜中，得到二氧化硅的混合物反应液，将反应釜加热升温使得二氧化硅的混合物反应液至温度100℃，反应釜内的压力等于0.1Mp，将二氧化硅混合物溶液搅拌0.8小时，停止升温，将冷水通入到反应釜的升温降温的夹套内，降温至室温，压力恢复到常压。
打开反应釜的出料阀，将二氧化硅混合物反应液通过输送泵输入过滤器进行过滤、洗涤，将过滤得到的二氧化硅进行干燥，最终得到纳米二氧化硅，得到的纳米二氧化硅粉末。从二氧化硅混合物反应液中过滤分离出的母液可以加入一定量的固体氢氧化钠后循环利用，经电镜分析，所得到的纳米二氧化硅，近似球形，其粒径分布范围为10-100纳米。与现有的纳米二氧化硅的制备方法相比，成本节省了8％。
实施例3
取一定量的二氧化硅矿石，除去杂质，再经过水洗、干燥，然后利用球磨机研磨得到二氧化硅粉末，将得到二氧化硅粉末进行分级，取粒径范围为1-10μm的二氧化硅粉末进一步进行处理。
将质量浓度为40％的氢氧化钠溶液，倒入反应釜中，然后加入1-10μm二氧化硅粉末和六偏磷酸钠，其中，氢氧化钠溶液与二氧化硅之间的体积比为2:1，六偏磷酸钠的加入量是二氧化硅重量的0.3％。在反应釜中，得到二氧化硅的混合物反应液，将反应釜加热升温使得二氧化硅的混合物反应液至温度80℃，反应釜内的压力等于0.05Mp，将二氧化硅混合物溶液搅拌0.6小时，停止升温，将冷水通入到反应釜升温降温的夹套内，降温至室温，压力恢复到常压。
打开反应釜的出料阀，将二氧化硅混合物反应液通过输送泵输入过滤器进行过滤、洗涤，将过滤得到的二氧化硅进行干燥，最终得到纳米二氧化硅。从二氧化硅混合物反应液中分离出的母液可以加入一定量的固体氢氧化钠后循环利用。经过电镜分析，所制备的二氧化硅的粉末近似球形，粒径分布范围为10-100纳米。
本发明通过机械破碎法工业球磨机磨细得到微米级二氧化硅，分级后，选取粒径最小的二氧化硅，然后利用氢氧化钠溶液以及六偏磷酸钠溶解微米二氧化硅，使其二氧化硅的体积变小，得到纳米二氧化硅，溶解在氢氧化钠中的二氧化硅再通过加酸沉淀制得纳米二氧化硅，然后将得到的二氧化硅输送到干燥器干燥后得到纳米二氧化硅粉末产品。该纳米二氧化硅的制备流程制备的纳米二氧化硅与现有技术的制备方法相比较，成本节省了8％。
本发明的纳米二氧化硅的制备方法具有以下优点：
1、本发明的二氧化硅的制造方法制造成本低、制造过程简单，环境污染少；
2、本发明纳米二氧化硅制备方法中，由机械破碎得到的二氧化硅往往形状为尖锐型，通过混合溶液溶解后，二氧化硅外型趋向球形化。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。