專利名稱：用火山灰制備超細高純SiO₂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細高純SiO2的制備方法。
背景技術(shù)：
超細高純SiO2作為一種新型功能材料，由于具有高介電、高耐熱、高耐濕、高填充 量、低膨脹、低應(yīng)力、低雜質(zhì)、低摩擦系數(shù)等優(yōu)越性能，在電子、電器、化工等諸多領(lǐng)域具有廣 闊的應(yīng)用前景，是一種理想的電子、電器、化工產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)功能填料。自從StOber發(fā)明醇鹽 水解工藝制備超細高純SiO2以來，噴霧干燥、模板自組裝等方法相繼出現(xiàn)，超細高純SiO2的 制備方法一直處于不斷的完善與更新之中。目前，超細高純SiO2的制備方法主要三類一、 以鹵硅烷為原料的氣相法，產(chǎn)品的原生粒徑分布窄、分散度好，是制備超細高純SiO2的主要 方法，但其原料鹵硅烷的成本高，且是在高溫的氣化環(huán)境下進行反應(yīng)，具有工藝復(fù)雜、對設(shè) 備要求苛刻，產(chǎn)物易流失，產(chǎn)率低等缺點。二、以水玻璃為基本原料的沉淀法，雖然該法原料 廣泛、價格相對低廉，但是它直接由水玻璃與堿沉淀反應(yīng)制備二氧化硅，水玻璃純度得不到 保證，導(dǎo)致制備的SiO2純度不高，由于是在普通的溶液中沉淀，沉淀過程時間長短不一，導(dǎo) 致粒徑不均勻、形狀難以控制。三、以金屬醇鹽為主要原料的溶膠_凝膠法，金屬醇鹽作為 前驅(qū)體，經(jīng)水解縮聚逐漸凝膠化，然后經(jīng)過陳化、超臨界干燥后得Si02。其缺點是，正硅酸乙 脂(TEOS)等金屬醇鹽的原料成本高，且超臨界干燥工藝需要用到高壓釜，產(chǎn)率低，不易工 業(yè)化。而且，以上三類方法制得的超細高純SiO2在作為功能填料之前，均需要進行表面疏 水性處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種超細高純SiO2的制備方法，該方法原料成本低，制備 工藝簡單，易于工業(yè)化，制得的超細高純SiO2粒徑分布均勻，純度高，可直接用作功能填料。本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種用火山灰制備超細高純SiO2W 方法，由以下步驟組成A、稱取SiO2重量含量彡50%的100份重的火山灰，將其粉碎至粒徑彡Imm ；B、將火山灰加入、分散到溫度為40 95°C的酸溶液中，攪拌10 180分鐘，過濾、 水洗，得到純化火山灰；C、將純化火山灰轉(zhuǎn)入300份重的水中，加熱至35 100°C，攪拌加入與火山灰中 的SiO2等當(dāng)量的NaOH或KOH形成均勻溶膠體系；另稱取0. 5 5份重的疏水性物質(zhì)，分散 于溶膠體系中；然后再在該體系中引入500 1500份重的非水性溶劑，以1000-3000r/min 的轉(zhuǎn)速攪拌，形成微乳液體系，再滴加酸性物質(zhì)產(chǎn)生沉淀，至不再產(chǎn)生沉淀止；過濾得沉淀， 水洗、干燥，即得。上述B步中的酸溶液是鹽酸、硝酸或硫酸中的至少一種；上述C步中的疏水性物質(zhì)是油溶性表面活性劑或硅烷偶聯(lián)劑；上述微乳液沉淀法制備超細高純SiO2的非水性溶劑是與水不相溶的任一有機溶劑。本發(fā)明的制備原理是火山灰中含有50%以上SiO2，其余組分是可酸溶解的Al203、Mg和CaO等金屬氧化 物，在酸的作用下火山灰中的金屬氧化物溶解，剩余部分即為高純度的SiO2 ；SiO2可在熱堿 作用下形成均勻的溶膠體系，溶膠體系是不穩(wěn)定體系，在改變膠粒表面荷電的情況下產(chǎn)生 凝聚并繼而沉淀。本發(fā)明通過熱堿的作用將純化的火山灰溶解形成均勻溶膠，在體系中引 入與水不相溶的第二相，再高速攪拌將均勻溶膠分散在第二相中形成微乳液，最后在微乳 液體系中引入酸性物質(zhì)即改變了膠粒表面的荷電狀態(tài)從而產(chǎn)生沉淀，而沉淀的產(chǎn)生是在微 乳液環(huán)境中，因此沉淀粒徑的大小可通過微乳液進行控制從而實現(xiàn)SiO2粒徑的控制；此外， 本發(fā)明在微乳液沉淀過程中引入疏水性物質(zhì)，在沉淀形成的同時其吸附在沉淀的表面，因 此本發(fā)明制備的超細高純SiO2不需要通過后續(xù)的表面處理可表現(xiàn)出疏水性，可作為功能填 料直接用于電子、電器及化工領(lǐng)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果1、本發(fā)明以火山灰為硅源制備超細高純SiO2,克服了現(xiàn)有SiO2制備中選擇SiCl4、 水玻璃、正硅酸乙酯成本高的局限，火山灰儲量豐富，價格低廉，從而大大降低超細高純 SiO2的制備成本。2、火山灰在與堿沉淀反應(yīng)前先與酸反應(yīng)進行純化處理去除了其中的堿性雜質(zhì)，使 得制備的超細高純SiO2純度得到保證，其純度在99%以上。3、本發(fā)明的制備方法為微乳液沉淀法，沉淀是在微乳液中被油分割的微水區(qū)域中 產(chǎn)生，使其制備的超細高純SiO2粒徑細小、分布均勻。通過調(diào)整疏水性物質(zhì)的種類、用量及 攪拌速度，可控制超細高純SiO2粒徑大小及分布，克服了傳統(tǒng)SiO2制備方法中粒徑難以控 制的難題。4、本發(fā)明在微乳液沉淀法制備過程中已引入了疏水性物質(zhì)，制備的超細高純的 SiO2本身就具有疏水性，作為功能性填料可直接用于電子、電器和化工等領(lǐng)域，克服了傳統(tǒng) 方法制備的SiO2其應(yīng)用前還需要作表面處理的局限。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的詳細說明。


圖1是本發(fā)明方法制備的超細高純SiO2的掃描電鏡圖。
具體實施例方式實施例1一種用火山灰制備超細高純SiO2的方法，由以下步驟組成A、稱取SiO2重量含量彡50%的100份重的火山灰，將其粉碎至粒徑彡1mm。B、將火山灰加入、分散到60°C的鹽酸中，攪拌90分鐘，過濾、水洗，得到純化火山 灰；C、將純化火山灰轉(zhuǎn)入300份重的水中，加熱至70°C，攪拌加入與火山灰中的SiO2 等當(dāng)量的NaOH形成均勻溶膠體系；另稱取3份重的疏水性物質(zhì)，分散于溶膠體系中；然后再在該體系中引入500份重的非水性溶劑，以1500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，形成微乳液體系，再 滴加酸性物質(zhì)產(chǎn)生沉淀，至不再產(chǎn)生沉淀止；過濾得沉淀，水洗、干燥，即得。經(jīng)測試，本例制得的超細高純SiO2的粒徑為90士 15nm。實施例2-24實施例2-24的制備超細高純Si02的方法均與實施例1的方法相同，不同的僅僅 是各實施例選用的原料種類、配比和具體工藝參數(shù)更換為下表中所列的相應(yīng)原料種類、配 比和具體工藝參數(shù)。表中的非水性物質(zhì)是指與水不相溶的有機溶劑。實施例1-24選用的原料種類、配比、工藝參數(shù)及其制得物SiO2粒徑表
權(quán)利要求
一種用火山灰制備超細高純SiO2的方法，由以下步驟組成A、備料稱取SiO2重量含量≥50％的100份重的火山灰，將其粉碎至粒徑≤1mm；B、將火山灰加入、分散到溫度為40～95℃的酸溶液中，攪拌10～180分鐘，過濾、水洗，得到純化火山灰；C、將純化火山灰轉(zhuǎn)入300份重的水中，加熱至35～100℃，攪拌加入與火山灰中的SiO2等當(dāng)量的NaOH或KOH形成均勻溶膠體系；另稱取0.5～5份重的疏水性物質(zhì)，分散于溶膠體系中；然后再在該體系中引入500～1500份重的與水不相溶的有機溶劑，以1000 3000r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，形成微乳液體系，再滴加酸性物質(zhì)產(chǎn)生沉淀，至不再產(chǎn)生沉淀止；過濾得沉淀，水洗、干燥，即得。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用火山灰制備超細高純SiO2的方法，其特征在于所述B 步中的酸溶液是鹽酸、硝酸或硫酸中的至少一種；
3.如權(quán)利要求1所述的一種用火山灰制備超細高純SiO2的方法，其特征在于所述C 步中的疏水性物質(zhì)是油溶性表面活性劑或硅烷偶聯(lián)劑。
全文摘要
用火山灰制備超細高純SiO2的方法，步驟是A、取SiO2重量含量≥50％的100份重的火山灰，粉碎至粒徑≤1mm；B、將火山灰加入、分散到40～95℃的酸溶液中，攪拌10～180分鐘，過濾、水洗；C、將B步的化火山灰轉(zhuǎn)入300份重的35～100℃水中，攪拌加入與火山灰中的SiO2等當(dāng)量的NaOH或KOH形成均勻溶膠體系；再加0.5～5份重的疏水性物質(zhì)，然后引入500～1500份重的與水不相溶的有機溶劑，高速攪拌，形成微乳液體系，再滴加酸性物質(zhì)產(chǎn)生沉淀，過濾得沉淀，水洗、干燥，即得。該方法原料成本低，制備工藝簡單，易于工業(yè)化，制得的超細高純SiO2粒徑分布均勻，純度高，可直接用作功能填料。
文檔編號C01B33/037GK101962188SQ20101054440
公開日2011年2月2日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者吳浩, 楚瓏晟, 魏川 申請人:西藏大為建筑環(huán)保工程有限責(zé)任公司