一種廢棄硅溶膠回收再利用的方法
【專利摘要】本發(fā)明關(guān)于一種廢棄硅溶膠材料化的方法，可有效應(yīng)用于以硅溶膠為主要成分的各種廢棄膠體溶液的回收利用。本發(fā)明提供一種廢棄硅溶膠回收再利用的方法，包括如下步驟：向廢棄硅溶膠中投加酸或鹽，使廢棄硅溶膠形成水凝膠；在所得的產(chǎn)物中添加防收縮變形試劑，并將其干燥，使水凝膠變?yōu)闅饽z；在所得的產(chǎn)物中添加添加劑，進(jìn)行增強(qiáng)增韌處理。利用該方法制成的SiO2氣凝膠的氣孔率在90%以上，密度為2~170kg/m3，孔徑均在100nm以下，大多分布在10nm~70nm之間，常溫下導(dǎo)熱系數(shù)為5~25mW/（m·K）。完全具備制造納米孔超級(jí)絕熱材料的條件。
【專利說(shuō)明】一種廢棄硅溶膠回收再利用的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種廢棄硅溶膠材料化的方法，可有效應(yīng)用于以硅溶膠為主要成分的各種廢棄膠體溶液的回收利用。
【背景技術(shù)】
[0002]硅溶膠為納米級(jí)的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液，屬于膠體溶液，無(wú)臭，無(wú)毒，廣泛應(yīng)用于涂料、紡織、造紙、機(jī)械、電子以及耐火材料等領(lǐng)域，隨著各行各業(yè)的不斷發(fā)展，以及硅溶膠的大量使用，廢棄的硅溶膠溶液也大批產(chǎn)生，而對(duì)于硅溶膠的處置與處理卻一直是困擾使用者的一個(gè)問(wèn)題。
[0003]由于硅溶膠濁度較大，外觀呈乳白色液體，大多為酸性或堿性，直接排放會(huì)對(duì)土壤環(huán)境造成嚴(yán)重污染，而針對(duì)廢棄硅溶膠的回收與再利用的研究比較分散，不成體系。本專利發(fā)明人經(jīng)廣泛研究發(fā)現(xiàn)，廢棄硅溶膠易形成水凝膠，經(jīng)特殊處理后可轉(zhuǎn)變?yōu)闅饽z，該物質(zhì)具有較低的體積密度，氣孔尺寸均在IOOnm以下，且導(dǎo)熱系數(shù)較低，是制造納米孔超級(jí)絕熱材料的不二選擇。
[0004]納米孔超級(jí)絕熱材料是新一代的絕熱材料，近二十年以來(lái)，國(guó)際上有關(guān)納米孔硅質(zhì)超級(jí)絕熱材料的研發(fā)十分活躍，進(jìn)入到了一個(gè)新的發(fā)展階段。先后在軍工、航天、食品、運(yùn)輸、醫(yī)用等領(lǐng)域中的應(yīng)用獲得突破性進(jìn)展，特別在潛艇動(dòng)力裝置和熱力設(shè)備、冰箱、冷藏箱、保溫箱、冷熱售奶機(jī)上的應(yīng)用已逐漸成熟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種廢棄硅溶膠回收再利用的方法，其特征在于投加酸或鹽使其凝膠后，經(jīng)過(guò)特殊處理及干燥，將水凝膠轉(zhuǎn)化為氣凝膠，用于納米孔超級(jí)絕熱材料。
[0006]硅溶膠外觀呈乳白色不透明液體，濁度較大，大多為堿性或酸性溶液，故不能直接排放。使用過(guò)的硅溶膠與原液相比，外觀一般無(wú)肉眼可觀察到的變化，但其他各項(xiàng)指標(biāo)都會(huì)有所改變，比如固含量、PH值、納米氧化硅顆粒粒徑分布、金屬元素含量、雜質(zhì)含量等等，且經(jīng)過(guò)研究表明，在大多數(shù)領(lǐng)域，使用過(guò)的硅溶膠溶液很難復(fù)原原液的指標(biāo)，或者復(fù)原成本較大，因而將廢棄硅溶膠溶液再用于本領(lǐng)域的可行性較小。因此
【發(fā)明者】另辟蹊徑，發(fā)現(xiàn)將廢棄硅溶膠凝膠后應(yīng)用于納米孔超級(jí)絕熱材料的一種回收方法，不僅解決了廢棄硅溶膠處理的問(wèn)題，也降低了納米孔超級(jí)絕熱材料的制造成本。
[0007]本發(fā)明提供一種廢棄硅溶膠回收再利用的方法，包括如下步驟:
[0008]⑴向廢棄硅溶膠中投加酸或鹽，使廢棄硅溶膠形成水凝膠；
[0009](2)在步驟I所得 的產(chǎn)物中添加防收縮變形試劑，并將其干燥，使水凝膠變?yōu)闅饽z；
[0010]⑶在步驟2所得的產(chǎn)物中添加添加劑，進(jìn)行增強(qiáng)增韌處理。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟I中的酸或鹽選自鹽酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、氯化鈉、氯化鎂、氯化鋁、硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸鋁、乙酸鈉或乙酸鎂等試劑中的一種。[0012]優(yōu)選的，所述步驟2中的防收縮變形試劑選自甲醇、乙醇、丙酮、乙酸或甲醛等可與水互溶溶劑中的一種，干燥方法為超臨界干燥。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟2中的防收縮變形試劑選自三甲基氯硅烷、六甲基二硅醚等試劑中的一種，干燥方法為常溫干燥。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟3中增強(qiáng)增韌處理具體為:用無(wú)機(jī)纖維作為支撐骨架，將具有納米孔結(jié)構(gòu)的氣凝膠填充骨架之間的微米孔空隙。
[0015]本發(fā)明第二方面提供所述廢棄硅溶膠回收再利用的方法在納米孔超級(jí)絕熱材料領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0016]本發(fā)明向廢棄硅溶膠中投加酸或鹽，充分?jǐn)嚢枋蛊浠旌暇鶆?，常溫常壓下靜置使其凝膠，這時(shí)形成的為水凝膠，若將其直接干燥，由于微孔中不同相之間的表面張力和毛細(xì)作用，納米級(jí)介孔結(jié)構(gòu)遭到破壞，納米空隙趨于消失，膠體強(qiáng)烈收縮，體積密度迅速增大，而不能用于納米孔超級(jí)絕熱材料。因此需要通過(guò)特殊途徑對(duì)其進(jìn)行干燥，主要可從以下兩種方式入手實(shí)現(xiàn):
[0017]一是將可與水混合的溶劑代替水凝膠中的水，比如醇類、醛類、酸類或酮類等有機(jī)物質(zhì)，以液態(tài)二氧化碳(臨界點(diǎn)為31°C，7.37MPa)作為超臨界干燥介質(zhì)，來(lái)降低表面張力。將處理過(guò)的凝膠裝入高壓釜，加入液態(tài)二氧化碳，擰緊高壓釜，升溫到液態(tài)二氧化碳的超臨界點(diǎn)后緩慢放氣，直至釜內(nèi)壓力和溫度與外界大氣的氣壓氣溫相等，開(kāi)啟高壓釜即可得到完整無(wú)裂紋的Si02氣凝膠。
[0018]二是通過(guò)投加表面修飾劑，使一些疏水基團(tuán)代替凝膠表面的親水離子團(tuán)，來(lái)增加接觸角，減小孔隙的毛細(xì)作用。該類表面修飾劑可為三甲基氯硅烷、六甲基二硅醚等。該方法可在常溫干燥下實(shí)現(xiàn)，避免較昂貴的超臨界干燥過(guò)程。
[0019]利用該方法制成的SiO2氣凝膠的氣孔率在90%以上，密度為2~170kg/m3，孔徑均在IOOnm以下,大多分布在10nnT70nm之間，常溫下導(dǎo)熱系數(shù)為5~25mW/ (m.Κ)0完全具備制造納米孔超級(jí)絕熱材料的條件。
[0020]盡管SiO2氣凝膠具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，但單獨(dú)使用遠(yuǎn)不能滿足相關(guān)領(lǐng)域的指標(biāo)要求，因此要想作為塊狀材料用于絕熱產(chǎn)品，必須對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)、增韌處理。在納米孔超級(jí)絕熱材料領(lǐng)域，大多采用無(wú)機(jī)纖維作為微米級(jí)孔隙的材料支撐骨架，進(jìn)而向其內(nèi)部填充具有納米孔結(jié)構(gòu)的氣凝膠。此外，也可采用其他復(fù)合方法，將Si02氣凝膠制備成所需要形貌的實(shí)用納米孔超級(jí)絕熱材料。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn) 行各種修飾或改變。
[0022]須知，下列實(shí)施例中未具體注明的工藝設(shè)備或裝置均采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)設(shè)備或裝置；所有壓力值和范圍都是指絕對(duì)壓力。
[0023]此外應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個(gè)或多個(gè)方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說(shuō)明；還應(yīng)理解，本 發(fā)明中提到的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備/裝置之間的組合連接關(guān)系并不排斥在所述組合設(shè)備/裝置前后還可以存在其他設(shè)備/裝置或在這些明確提到的兩個(gè)設(shè)備/裝置之間還可以插入其他設(shè)備/裝置，除非另有說(shuō)明。而且，除非另有說(shuō)明，各方法步驟的編號(hào)僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容的情況下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0024]實(shí)施例中以光電子領(lǐng)域中藍(lán)寶石基片拋光所用的硅溶膠為例。
[0025]藍(lán)寶石基片是發(fā)光二級(jí)管(LED)工業(yè)的主要襯底。藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液主要由納米二氧化硅磨料、表面改善劑、螯合劑、金屬離子等組成。使用過(guò)的拋光液與原液相比，固含量略微增加，PH值稍有減小，納米氧化硅顆粒粒徑略微增大，部分金屬元素(包括Al)略有增多，雖然各項(xiàng)指標(biāo)變化均不大，但如果將使用過(guò)的拋光液再用于拋光，拋光速率會(huì)一次比一次減小，且經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究表明，將使用過(guò)的拋光液中的氧化硅顆粒復(fù)原成原液顆粒形貌的可能性很小。
[0026]實(shí)施例1
[0027]A.原料:使用過(guò)一次的廢棄藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液。
[0028]B.凝膠方法:投加38%的濃鹽酸溶液
[0029]C.干燥方法:用乙醇醇化后，以液態(tài)二氧化碳為超臨界干燥介質(zhì)，進(jìn)行超臨界干燥
[0030]D.后期處理:按照目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)尺寸，將氣凝膠注入裝有陶瓷纖維板的磨具，得到復(fù)合有Si02氣凝膠的陶瓷纖維，可用于航天隔熱領(lǐng)域。
[0031]測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0032]實(shí)施例2
[0033]A.原料:使用過(guò)一次的廢棄藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液。
[0034]B.凝膠方法:投加38%的濃鹽酸溶液
[0035]C.中期處理:按照目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)尺寸，將溶膠-凝膠注入裝有陶瓷纖維板的磨具
[0036]D.干燥方法:加入乙醇與水混合，再將其放入三甲基氯硅烷的硅油溶液，室溫下反應(yīng)f 10天，取出，洗滌，在常溫下烘干。得到復(fù)合有Si02氣凝膠的陶瓷纖維，可用于航天隔熱領(lǐng)域。
[0037]測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0038]實(shí)施例3
[0039]A.原料:使用過(guò)一次的廢棄藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液。
[0040]B.凝膠方法:投加1.5mol/L的氯化鈉溶液
[0041]C.干燥方法:用乙醇醇化后，以液態(tài)二氧化碳為超臨界干燥介質(zhì)，進(jìn)行超臨界干燥
[0042]D.后期處理:按照目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)尺寸，將氣凝膠注入裝有陶瓷纖維板的磨具，得到復(fù)合有Si02氣凝膠的陶瓷纖維，可用于航天隔熱領(lǐng)域。
[0043]測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0044]實(shí)施例4
[0045]A.原料:使用過(guò)一次的廢棄藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液。[0046]B.凝膠方法:投加1.5mol/L的氯化鈉溶液
[0047]C.中期處理:按照目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)尺寸，將溶膠-凝膠注入裝有陶瓷纖維板的磨具
[0048]D.干燥方法:加入乙醇與水混合，再將其放入三甲基氯硅烷的硅油溶液，室溫下反應(yīng)f 10天，取出，洗滌，在常溫下烘干。得到復(fù)合有Si02氣凝膠的陶瓷纖維，可用于航天隔熱領(lǐng)域。
[0049]測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0050]實(shí)施例5
[0051]A.原料:使用過(guò)一次的廢棄藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液。
[0052]B.凝膠方法:投加38%的濃鹽酸溶液
[0053]C.干燥方法:用乙醇醇化后，以液態(tài)二氧化碳為超臨界干燥介質(zhì)，進(jìn)行超臨界干燥
[0054]D.后期處理:將納米孔氣凝膠片材制成雙層夾芯玻璃板材，應(yīng)用于太陽(yáng)能集熱器。
[0055]測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0056]實(shí)施例6
[0057]A.原料:使用過(guò)一次的廢棄藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液。
[0058]B.凝膠方法:投加38%的濃鹽酸溶液
[0059]C.干燥方法:加入乙醇與水混合，再將其放入三甲基氯硅烷的硅油溶液，室溫下反應(yīng)f 10天，取出，洗滌，在常溫下烘干。
[0060]D.后期處理:將納米孔氣凝膠片材制成雙層夾芯玻璃板材，應(yīng)用于太陽(yáng)能集熱器。
[0061]測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0062]實(shí)施例7
[0063]A.原料:使用過(guò)一次的廢棄藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液。
[0064]B.凝膠方法:投加1.5mol/L的氯化鈉溶液
[0065]C.干燥方法:用乙醇醇化后，以液態(tài)二氧化碳為超臨界干燥介質(zhì)，進(jìn)行超臨界干燥
[0066]D.后期處理:將納米孔氣凝膠片材制成雙層夾芯玻璃板材，應(yīng)用于太陽(yáng)能集熱器。
[0067]測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0068]實(shí)施例8
[0069]A.原料:使用過(guò)一次的廢棄藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液。
[0070]B.凝膠方法:投加1.5mol/L的氯化鈉溶液
[0071]C.干燥方法:加入乙醇與水混合，再將其放入三甲基氯硅烷的硅油溶液，室溫下反應(yīng)f 10天，取出，洗滌，在常溫下烘干。
[0072]D.后期處理:將納米孔氣凝膠片材制成雙層夾芯玻璃板材，應(yīng)用于太陽(yáng)能集熱器。
[0073]測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0074]實(shí)施例9[0075]A.原料:使用過(guò)一次的廢棄藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液。
[0076]B.凝膠方法:投加38%的濃鹽酸溶液
[0077]C.干燥方法:放入80°C烘箱里干燥0.5~24h
[0078]D.后期處理:按照目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)尺寸，將所得固體注入裝有陶瓷纖維板的磨具
[0079]測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0080]實(shí)施例10
[0081]A.原料:使用過(guò)一次的廢棄藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液。
[0082]B.凝膠方法:投加1.5mol/L的氯化鈉溶液
[0083]C.干燥方法:放入80°C烘箱里干燥0.5~24h
[0084]D.后期處理:將所得固體片材制成雙層夾芯玻璃板材。
[0085]測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0086]表1
[0087]
【權(quán)利要求】
1.一種廢棄硅溶膠回收再利用的方法，包括如下步驟: (1)向廢棄硅溶膠中投加酸或鹽，使廢棄硅溶膠形成水凝膠； ⑵在步驟I所得的產(chǎn)物中添加防收縮變形試劑，并將其干燥，使水凝膠變?yōu)闅饽z； ⑶在步驟2所得的產(chǎn)物中添加添加劑，進(jìn)行增強(qiáng)增韌處理。
2.如權(quán)利要求1所述的一種廢棄硅溶膠回收再利用的方法，其特征在于，所述步驟I中的酸或鹽選自鹽酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、氯化鈉、氯化鎂、氯化鋁、硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸鋁、乙酸鈉或乙酸鎂等試劑中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種廢棄硅溶膠回收再利用的方法，其特征在于，所述步驟2中的防收縮變形試劑選自甲醇、乙醇、丙酮、乙酸或甲醛等可與水互溶溶劑中的一種，干燥方法為超臨界干燥。
4.如權(quán)利要求1所述的一種廢棄硅溶膠回收再利用的方法，其特征在于，所述步驟2中的防收縮變形試劑選自三甲基氯硅烷、六甲基二硅醚等試劑中的一種，干燥方法為常溫干燥。
5.如權(quán)利要求1所述的一種廢棄硅溶膠回收再利用的方法，其特征在于，所述步驟3中增強(qiáng)增韌處理具體為:用無(wú) 機(jī)纖維作為支撐骨架，將具有納米孔結(jié)構(gòu)的氣凝膠填充骨架之間的微米孔空隙。
6.本發(fā)明第二方面提供所述廢棄硅溶膠回收再利用的方法在納米孔超級(jí)絕熱材料領(lǐng)域的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C04B30/00GK103910516SQ201210594338
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】邢星, 王良詠, 謝華清, 劉衛(wèi)麗, 宋志棠 申請(qǐng)人:上海新安納電子科技有限公司, 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所