專利名稱：一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二氧化硅的制備，尤其是涉及一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
二氧化硅作為一種無機(jī)粉體材料，具有粒徑小、比表面積大、純度高、無毒無害等特點(diǎn)。另外，它還具有許多獨(dú)特的物理化學(xué)性能，如分散性、消光性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性、以及絕緣性等，因此它被廣泛的應(yīng)用于石油化工、醫(yī)藥化工、日用化工、橡膠工業(yè)、涂料工業(yè)、塑料制品行業(yè)等，如用作催化劑或藥物的載體、涂料消光劑、橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑、油墨增稠齊U、日用化妝品填料等。與普通白炭黑相比，高性能二氧化硅具有孔容大、孔徑大，比表面積高、分散性能好等特點(diǎn)，這是普通白炭黑無法比擬的，所以高性能二氧化硅具有較高的附加值。二氧化硅的制備方法較多，在工業(yè)上的生產(chǎn)方法主要有沉淀法和氣相法。沉淀法以水玻璃和無機(jī)酸為原料，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、原料便宜易得，所需設(shè)備投入少、能耗相對(duì)較低，我國(guó)從上世紀(jì)50年代開始采用沉淀法工藝工業(yè)化生產(chǎn)沉淀二氧化硅，近幾年來在橡膠、涂料、塑料制品等行業(yè)的需求帶動(dòng)下，以及生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，我國(guó)沉淀法二氧化硅在產(chǎn)量和品種方面得到了迅猛的發(fā)展，我國(guó)沉淀二氧化硅產(chǎn)能已突破百萬噸，品種多達(dá)幾十種，但是該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品性能一般，孔容和孔徑偏低，分散性不足，補(bǔ)強(qiáng)效果差等，主要都是一些中低檔的二氧化硅產(chǎn)品，高端產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)壟斷于國(guó)外企業(yè)。氣相法是采用四氯化硅為原料，在高溫下反應(yīng)生產(chǎn)二氧化硅，所得產(chǎn)品性能較好，但是該生產(chǎn)方法設(shè)備投入大、能耗高、生產(chǎn)效率較低，并且該技術(shù)主要由國(guó)外企業(yè)所掌握，國(guó)外企業(yè)在該品種二氧化硅上占據(jù)主導(dǎo)地位。雖然我國(guó)二氧化硅產(chǎn)能產(chǎn)量較大，不僅滿足國(guó)內(nèi)需求，還有相當(dāng)部分產(chǎn)品出口到東南亞等國(guó)家，但是我國(guó)每年從國(guó)外進(jìn)口的二氧化硅也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，主要都是一些高檔二氧化硅，如聚乙烯催化劑載體、高分散性白炭黑、高檔涂料消光劑等，所以開發(fā)并生產(chǎn)高性能二氧化硅產(chǎn)品已成為國(guó)內(nèi)企業(yè)未來的發(fā)展方向。碳化法制備二氧化硅屬于沉淀法的一種，以堿性硅酸鹽和二氧化碳為原料進(jìn)行反應(yīng)制備二氧化硅，然后經(jīng)過老化、洗滌、干燥及粉碎得到納米級(jí)二氧化硅。由于該方法可以充分利用生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品碳酸鈉，所以引起了很多企業(yè)和研究者的廣泛關(guān)注。對(duì)于碳化法的研究，我國(guó)早在上世紀(jì)八十年代就有過鼓泡碳化法制備白炭黑的工業(yè)試驗(yàn)，但是在普通的碳化反應(yīng)過程中受氣液傳質(zhì)過程的限制，所需的反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，限于技術(shù)水平一直沒有應(yīng)用于生產(chǎn)。后來，很多研究人員又開發(fā)了噴霧碳化法、超重力碳化法、超臨界碳化法等，這些方法可以有效克服氣液傳質(zhì)限制，大大縮短反應(yīng)所需的時(shí)間，但是在顆粒粒徑、產(chǎn)品孔容、孔徑、比表面積以及分散性能等還無法達(dá)到高性能產(chǎn)品的要求。本申請(qǐng)人在中國(guó)專利CN1020 20284A公開一種超/亞臨界碳化反應(yīng)耦合超臨界干燥技術(shù)制備二氧化硅的方法，該方法制備得到的二氧化硅最大孔容可達(dá)2.6cm3/g,比表面積達(dá)421m2/g，該方法制備得到的產(chǎn)品在孔容、比表面積等方面性能達(dá)到高檔消光劑的要求，但是在其他領(lǐng)域如保溫材料、催化劑載體等的應(yīng)用，其性能還有待進(jìn)一步提高。綜上所述，開發(fā)聞性能_■氧化娃(聞孔容、大孔徑、聞比表面積、聞分散性)品種是提聞_■氧化娃附加值的主要發(fā)展方向，也是當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的迫切需求。碳化法與硫酸法相比，碳化法不僅實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的固定，減少溫室氣體排放，生產(chǎn)過程中還可以回收碳酸鈉副產(chǎn)品，而碳酸鈉又是生產(chǎn)水玻璃的原料，因此，該方法具有綠色化工的意義，符合國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的裝置及其方法。所述以水玻璃為原料制備二氧化硅的裝置設(shè)有水玻璃溶液儲(chǔ)罐、高壓碳化反應(yīng)老化釜、氣體壓縮機(jī)、換熱器、止回閥、背壓閥、抽慮清洗機(jī)、漿料配制槽、干燥器、二氧化碳儲(chǔ)罐和溫控系統(tǒng)；所述水玻璃溶液儲(chǔ)罐的出口經(jīng)泵和第I閥門接高壓碳化反應(yīng)老化釜的入口，所述高壓碳化反應(yīng)老化釜內(nèi)設(shè)有攪拌器，高壓碳化反應(yīng)老化釜與溫控系統(tǒng)連接；二氧化碳儲(chǔ)罐的二氧化碳出口經(jīng)氣體壓縮機(jī)、換熱器、止回閥接設(shè)于高壓碳化反應(yīng)老化釜底部的二氧化碳進(jìn)口，背壓閥設(shè)于二氧化碳儲(chǔ)罐與換熱器之間；設(shè)于高壓碳化反應(yīng)老化釜底部的反應(yīng)物料出口經(jīng)第3閥門接抽慮清洗機(jī)，抽慮清洗機(jī)的濾餅出口接漿料配制槽，漿料配制槽的乙醇進(jìn)口通過第4閥門外接乙醇進(jìn)管，漿料配制槽的二氧化硅乙醇漿出口經(jīng)第5閥門接干燥器的進(jìn)口，干燥器的出口輸出產(chǎn)品。所述高壓碳化反應(yīng)老化釜上可設(shè)二氧化鈦氣體壓力計(jì)。所述漿料配制槽上可設(shè)攪拌器。所述一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的方法，包括以下步驟:I)將固體硅酸鈉溶解于水中，加熱至全部固體硅酸鈉溶解于水中后，冷卻至室溫，過濾去除不可溶雜質(zhì)，加入水配制成濃度為0.1 1.0mol/L的水玻璃溶液；

2 )將水玻璃溶液泵入高壓碳化反應(yīng)老化釜中，將高壓二氧化碳打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中，得到二氧化硅凝膠；3)控制高壓碳化反應(yīng)老化釜內(nèi)溫度為20 90°C，控制二氧化碳?jí)毫? 15MPa，保持溫度和壓力I 3h進(jìn)行老化固孔，卸去釜內(nèi)壓力，得到含鹽的二氧化硅漿料；4)將含鹽的二氧化硅漿料轉(zhuǎn)移至抽濾清洗機(jī)，進(jìn)行固液分離，然后用水洗滌濾餅，用飽和氫氧化鋇溶液檢測(cè)濾液，至無沉淀停止洗滌，并用無水乙醇洗滌濾餅；最后加入無水乙醇，攪拌制漿，再干燥，粉碎后即得微透明的二氧化硅粉末產(chǎn)品。在步驟2)中，所述將水玻璃溶液泵入高壓碳化反應(yīng)老化釜中后可控制溫度為20 70°C，并設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為50 1500rpm ;所述將高壓二氧化碳打入高壓碳化反應(yīng)老化爸中后可控制二氧化碳?jí)毫? IOMPa,保持溫度和壓力反應(yīng)5 60min ;所述二氧化碳在打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中前可先預(yù)熱。在步驟4)中，所述進(jìn)行固液分離可通過抽濾的方式進(jìn)行固液分離；所述加入無水乙醇的用量按質(zhì)量比可為二氧化硅:無水乙醇=1: (5 20);所述干燥的方法可采用超臨界干燥、減壓干燥、冷凍干燥或噴霧干燥等方式，如采用快速噴霧干燥方法也可以得到較高孔的二氧化硅粉末產(chǎn)品。本發(fā)明以水玻璃溶液與加壓二氧化碳為原料，碳化法制備一種孔容大于3.0cm3/g、平均孔徑大于20nm的高孔容二氧化硅無機(jī)粉體材料，特別是高壓碳化合成并擴(kuò)孔、高壓二氧化碳下老化固孔、護(hù)孔干燥的三步工藝的制備方法。本發(fā)明在本申請(qǐng)人的在先專利CN102020284A的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)革新，獲取更高孔容的二氧化硅。與CN102020284A中公開的方法的主要區(qū)別在于:(I)在二氧化碳下無表面活性劑和擴(kuò)孔劑的條件下邊反應(yīng)邊擴(kuò)孔；(2)在一定的二氧化碳的溫度和壓力下進(jìn)行老化固孔。通過對(duì)制備過程工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，制備得到高孔容、大孔徑、較大比表面積的二氧化硅粉末產(chǎn)品，所得到的二氧化硅產(chǎn)品孔容大于3.0cm3/g，平均孔徑大于20nm，比表面積達(dá)500m2/g以上。本發(fā)明采用 在無表面活性劑和擴(kuò)孔劑的條件下進(jìn)行第一步高壓碳化反應(yīng)，碳化反應(yīng)過程中進(jìn)行擴(kuò)孔合成二氧化硅凝膠；然后在高壓二氧化碳下進(jìn)行第二步老化固孔；最后對(duì)凝膠進(jìn)行洗滌、溶劑置換、干燥后得到孔容大于3.0cm3/g，平均孔徑大于20nm，比表面積大于500m2/g的二氧化娃粉末產(chǎn)品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:(I) 二氧化碳不僅作為反應(yīng)物，而且在合成過程中，二氧化碳溶解于反應(yīng)液中，對(duì)溶液體積進(jìn)行一定的膨脹，起到擴(kuò)孔作用；(2)除了以水玻璃和二氧化碳為原料外，在制備過程中無需加入其它表面活性劑或擴(kuò)孔劑；(3)在高壓二氧化碳條件下進(jìn)行老化固孔，避免在后續(xù)操作過程中二氧化硅孔道被破壞；(4)本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，通過對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以方便獲取高孔容、大比表面積的微透明二氧化硅產(chǎn)品:孔容>3.0cm3/g，平均孔徑>20nm，BET比表面積達(dá)500m2/g以上；(5)與進(jìn)口高檔消光劑對(duì)比，該產(chǎn)品在透明性、孔容、比表面積等性能上優(yōu)于進(jìn)口高檔消光劑；(6)該產(chǎn)品在孔容、孔徑和比表面積等性能上達(dá)到并優(yōu)于聚乙烯催化劑載體的要求。


圖1為本發(fā)明所述以水玻璃為原料制備二氧化硅的裝置實(shí)施例及其一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的方法的工藝流程圖。圖2為實(shí)施例1所得產(chǎn)品的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖。圖3為實(shí)施例2所得產(chǎn)品的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖。圖4為實(shí)施例3所得產(chǎn)品的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖。圖5為實(shí)施例4所得產(chǎn)品的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖。圖6為實(shí)施例5所得產(chǎn)品的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖。圖7為實(shí)施例6所得產(chǎn)品的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖。在圖2 7 中，橫坐標(biāo)為 Relative pressure (P/P0),縱坐標(biāo)為 Quantityadsorption (cm3/gSTP);標(biāo)記-X-為 Adsorption, -.-為 Desorption。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。參見圖1，所述以水玻璃為原料制備二氧化硅的裝置實(shí)施例設(shè)有水玻璃溶液儲(chǔ)罐
1、高壓碳化反應(yīng)老化釜3、氣體壓縮機(jī)4、換熱器5、止回閥6、背壓閥7、抽慮清洗機(jī)8、漿料配制槽9、干燥器10、二氧化碳儲(chǔ)罐11和溫控系統(tǒng)TC。所述水玻璃溶液儲(chǔ)罐I的出口經(jīng)泵2和第I閥門V-1接高壓碳化反應(yīng)老化釜3的入口，所述高壓碳化反應(yīng)老化釜3內(nèi)設(shè)有攪拌器31，高壓碳化反應(yīng)老化釜3與溫控系統(tǒng)TC連接；二氧化碳儲(chǔ)罐11的二氧化碳出口經(jīng)氣體壓縮機(jī)4、換熱器5、止回閥6接設(shè)于高壓碳化反應(yīng)老化釜3底部的二氧化碳進(jìn)口，背壓閥7設(shè)于二氧化碳儲(chǔ)罐11與換熱器5之間；設(shè)于高壓碳化反應(yīng)老化釜3底部的反應(yīng)物料出口經(jīng)第3閥門V-3接抽慮清洗機(jī)8，抽慮清洗機(jī)8的濾餅出口接漿料配制槽9，漿料配制槽9的乙醇進(jìn)口通過第4閥門V-4外接乙醇進(jìn)管，漿料配制槽9的二氧化硅乙醇漿出口經(jīng)第5閥門V-5接干燥器10的進(jìn)口，干燥器10的出口輸出產(chǎn)品。所述高壓碳化反應(yīng)老化釜3上可設(shè)二氧化鈦氣體壓力計(jì)P。所述漿料配制槽9上可設(shè)攪拌器91。所述一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的方法，包括以下步驟:(I)水玻璃溶液配制:稱取固體硅酸鈉并溶解于去離子水中，加熱溶解，自然冷卻后過濾去除不可溶雜質(zhì)，配制成濃度為0.1 1.0mol/L的水玻璃溶液，泵入水玻璃溶液儲(chǔ)te中備用。(2)高壓碳化反應(yīng)和擴(kuò)孔:將水玻璃溶液用泵2經(jīng)過第I閥門V-1打入高壓碳化反應(yīng)老化釜3中，設(shè)置攪拌器31的轉(zhuǎn)速，用溫控系統(tǒng)TC控制反應(yīng)溫度為20 70°C。通過壓縮機(jī)將二氧化碳儲(chǔ)罐11的二氧化碳經(jīng)過換熱器5、止回閥6打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中，通過背壓閥7調(diào)控系統(tǒng)壓力P為2 lOMPa，二氧化碳在換熱器5處被預(yù)熱，保持反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力反應(yīng)5 60min，得到反應(yīng)物料。(3)固孔處理:通過溫控系統(tǒng)TC控制高壓碳化反應(yīng)老化釜3的溫度為20 90°C，然后通過背壓閥7控制高壓碳化反應(yīng)老化釜3內(nèi)的二氧化碳?jí)毫? 15MPa，在一定的溫度和壓力下老化I 3h，進(jìn)行固孔處理。(4)洗滌:反應(yīng)物料在直接壓力作用下，通過第3閥門V-3放出，轉(zhuǎn)移至抽濾清洗機(jī)8進(jìn)行固液分離，并用去離子水洗滌濾餅，至飽和氫氧化鋇溶液檢測(cè)濾液無沉淀為止；用無水乙醇洗滌濾餅I 2遍。 (5)將濾餅轉(zhuǎn)移至漿料配制槽9，按質(zhì)量比二氧化硅:無水乙醇=1: 5，通過第4閥門V-4加入無水乙醇，攪拌制衆(zhòng)，得到二氧化硅乙醇漿料。(6)干燥:將二氧化硅乙醇漿料通過閥門第5閥門V-5轉(zhuǎn)移至超/亞臨界干燥或減壓干燥器10中，進(jìn)行干燥，最后經(jīng)粉碎后得到二氧化硅粉末產(chǎn)品。將所得產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試。采用氮?dú)馕锢砦絻x(ASAP2020，Micrometric，USA)測(cè)試二氧化硅產(chǎn)品的BET比表面積、孔體積和孔徑，樣品預(yù)處理?xiàng)l件為在90°C真空條件下脫氣60min，然后升溫至250°C，真空條件下繼續(xù)脫氣240min，真空下自然冷卻后，在液氮環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。實(shí)施例1藥品:九水硅酸鈉(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、無水乙醇(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、二氧化碳(廈門新弘立實(shí)業(yè)有限公司，純度>98%)。稱取固體硅酸鈉于一定量去離子水中，加熱促進(jìn)溶解，自然冷卻后，過濾去除不可溶雜質(zhì)，配制成濃度為0.25mol/L的水玻璃溶液，泵入儲(chǔ)液罐。將水玻璃溶液打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中，設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm，控制反應(yīng)溫度為35±5°C。用壓縮機(jī)將二氧化碳打入高壓碳化反應(yīng)老化釜，二氧化碳在換熱器處被預(yù)熱，控制二氧化碳?jí)毫?±0.5MPa,保持溫度和壓力反應(yīng)60min。保持反應(yīng)溫度不變，通過壓縮機(jī)繼續(xù)向高壓碳化反應(yīng)老化釜中打入二氧化碳，緩慢提高二氧化碳?jí)毫Γ⒖刂贫趸級(jí)毫?±0.5MPa，保持溫度和壓力lh，進(jìn)行老化固孔處理。然后，將反應(yīng)物料打入抽濾清洗機(jī)中，進(jìn)行固液分離，并用去離子水洗滌濾餅，至飽和氫氧化鋇溶液檢測(cè)濾液無沉淀為止，并用無水乙醇洗滌濾餅2遍。將濾餅轉(zhuǎn)移至漿料配制槽，按質(zhì)量比(二氧化硅:無水乙醇=1: 5)加入無水乙醇，攪拌制漿后得到二氧化硅乙醇漿料。采用超臨界干燥器進(jìn)行護(hù)孔干燥，最后經(jīng)粉碎后得到微透明的二氧化硅粉末產(chǎn)品。實(shí)施例1所得二氧化硅產(chǎn)品孔容為4.2cm3/g，平均孔徑21.2nm,BET比表面積為794m2/g。所得產(chǎn)品的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖參見圖2。實(shí)施例2藥品:九水硅酸鈉(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、無水乙醇(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、二氧化碳(廈門新弘立實(shí)業(yè)有限公司，純度>98%)。稱取固體硅酸鈉于一定量去離子水中，加熱促進(jìn)溶解，自然冷卻后，過濾去除不可溶雜質(zhì)，配制成濃度為0.25mol/L的水玻璃溶液，泵入儲(chǔ)液罐。將水玻璃溶液打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中，設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm，控制反應(yīng)溫度為35±5°C。用壓縮機(jī)將二氧化碳打入高壓碳化反應(yīng)老化釜，二氧化碳在換熱器處被預(yù)熱，控制二氧化碳?jí)毫?±0.5MPa,保持溫度和壓力反應(yīng)60min。接著，升高溫度至50°C，通過壓縮機(jī)繼續(xù)向高壓碳化反應(yīng)老化釜中打入二氧化碳，緩慢提高二氧化碳?jí)毫Γ⒖刂贫趸級(jí)毫?±0.5MPa，保持溫度和壓力2h，進(jìn)行老化固孔處理。然后，將反應(yīng)物料打入過濾清洗機(jī)中，進(jìn)行固液分離，并用去離子水洗滌濾餅，至飽和氫氧化鋇溶液檢測(cè)濾液無沉淀為止，并用無水乙醇洗滌濾餅I遍。將濾餅轉(zhuǎn)移至漿料配制槽，按質(zhì)量比二氧化硅:無水乙醇=1: 5加入無水乙醇，攪拌制漿后得到二氧化硅乙醇漿料。采用超臨界干燥器進(jìn)行護(hù)孔干燥，最后，經(jīng)粉碎后得到微透明的二氧化硅粉末產(chǎn)品。實(shí)施例2所得二氧化硅產(chǎn)品孔容為4.5cm3/g，平均孔徑28.5nm,BET比表面積為605m2/g。所得產(chǎn)品的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖參見圖3。實(shí)施例3藥品:九水硅酸鈉(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、無水乙醇(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、二氧化碳( 廈門新弘立實(shí)業(yè)有限公司，純度>98%)。稱取固體硅酸鈉于一定量去離子水中，加熱促進(jìn)溶解，自然冷卻后過濾去除不可溶雜質(zhì)，配制成濃度為0.5mol/L的水玻璃溶液，泵入儲(chǔ)液罐。將水玻璃溶液打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中，設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm，控制反應(yīng)溫度為70±5°C。用壓縮機(jī)將二氧化碳打入高壓碳化反應(yīng)老化釜，二氧化碳在換熱器處被預(yù)熱，控制二氧化碳?jí)毫?0±0.5MPa,保持溫度和壓力反應(yīng)60min。接著，升高溫度至90°C，通過壓縮機(jī)繼續(xù)向高壓碳化反應(yīng)老化釜中打入CO2，緩慢提高CO2壓力，并控制二氧化碳?jí)毫?5±0.5MPa，保持溫度和壓力2h，進(jìn)行老化固孔處理。然后，將反應(yīng)物料打入抽濾清洗機(jī)中，進(jìn)行固液分離，并用去離子水洗滌濾餅，至飽和氫氧化鋇溶液檢測(cè)濾液無沉淀為止，并用無水乙醇洗滌濾餅2遍。將濾餅轉(zhuǎn)移至漿料配制槽，按質(zhì)量比二氧化硅:無水乙醇=1: 5加入無水乙醇，攪拌制漿后得到二氧化硅乙醇漿料。采用超臨界干燥器進(jìn)行護(hù)孔干燥，最后，經(jīng)粉碎后得到微透明的二氧化硅粉末產(chǎn)品。實(shí)施例3所得二氧化硅產(chǎn)品孔容為3.4cm3/g，平均孔徑22.5nm,BET比表面積為523m2/g。所得產(chǎn)品的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖參見圖4。實(shí)施例4藥品:九水硅酸鈉(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、無水乙醇(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、二氧化碳(廈門新弘立實(shí)業(yè)有限公司，純度>98%)。稱取固體硅酸鈉于一定量去離子水中，加熱促進(jìn)溶解，自然冷卻后過濾去除不可溶雜質(zhì)，配制成濃度為0.1moI/L的水玻璃溶液，泵入儲(chǔ)液罐。將水玻璃溶液打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中，設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm，控制反應(yīng)溫度為35±5°C。用壓縮機(jī)將二氧化碳打入高壓碳化反應(yīng)老化釜，二氧化碳在換熱器處被預(yù)熱，控制二氧化碳?jí)毫?±0.5MPa,保持溫度和壓力反應(yīng)60min。接著，通過壓縮機(jī)繼續(xù)向高壓碳化反應(yīng)老化釜中打入二氧化碳，緩慢提高二氧化碳?jí)毫?，并控制二氧化碳?jí)毫?±0.5MPa，溫度不變，保持溫度和壓力2h，進(jìn)行老化固孔處理。然后，將反應(yīng)物料打入抽濾清洗機(jī)中，進(jìn)行固液分離，并用去離子水洗滌濾餅，至飽和氫氧化鋇溶液檢測(cè)濾液無沉淀為止，并用無水乙醇洗滌濾餅2遍。將濾餅轉(zhuǎn)移至漿料配制槽，按質(zhì)量比二氧化硅:無水乙醇=1: 5加入無水乙醇，攪拌制漿后得到二氧化硅漿料。采用超臨界干燥器進(jìn)行護(hù)孔干燥，最后，經(jīng)粉碎后得到微透明的二氧化硅粉末產(chǎn)品。實(shí)施例4所得二氧化硅產(chǎn)品孔容為4.lcm3/g，平均孔徑22.lnm, BET比表面積為755m2/g。所得產(chǎn)品的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖參見圖5。實(shí)施例5藥品:九水硅酸鈉(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、無水乙醇(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、二氧化碳(廈門新弘立實(shí)業(yè)有限公司，純度>98%)。稱取固體硅酸鈉于一定量去離子水中，加熱促進(jìn)溶解，自然冷卻后過濾去除不可溶雜質(zhì)，配制成濃度為0.25mol/L的水玻璃溶液，泵入儲(chǔ)液罐。將水玻璃溶液打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中，設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm，控制反應(yīng)溫度為50±5°C。用壓縮機(jī)將二氧化碳打入高壓碳化反應(yīng)老化釜，二氧化碳在換熱器處被預(yù)熱，控制二氧化碳?jí)毫?±0.5MPa,保持溫度和壓力反應(yīng)60min。接著，通過壓縮機(jī)繼續(xù)向高壓碳化反應(yīng)老化釜中打入二氧化碳，緩慢提高二氧化碳?jí)毫Γ⒖刂贫趸級(jí)毫?±0.5MPa，溫度不變，保持溫度和壓力3h，進(jìn)行老化固孔處理。然后，將 反應(yīng)物料打入抽濾清洗機(jī)中，進(jìn)行固液分離，并用去離子水洗滌濾餅，至飽和氫氧化鋇溶液檢測(cè)濾液無沉淀為止，并用無水乙醇洗滌濾餅2遍。將濾餅轉(zhuǎn)移至漿料配制槽，按質(zhì)量比二氧化硅:無水乙醇=1: 5加入無水乙醇，攪拌制漿后得到二氧化硅漿料。采用超臨界干燥器進(jìn)行護(hù)孔干燥，最后，經(jīng)粉碎后得到微透明的二氧化硅粉末產(chǎn)品。實(shí)施例5所得二氧化硅產(chǎn)品孔容為4.7cm3/g，平均孔徑24.3nm, BET比表面積為684m2/g。所得產(chǎn)品的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖參見圖6。實(shí)施例6藥品:九水硅酸鈉(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、無水乙醇(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR)、二氧化碳(廈門新弘立實(shí)業(yè)有限公司，純度>98%)。稱取固體硅酸鈉于一定量去離子水中，加熱促進(jìn)溶解，自然冷卻后過濾去除不可溶雜質(zhì)，配制成濃度為0.25mol/L的水玻璃溶液，泵入儲(chǔ)液罐。將水玻璃溶液打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中，設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為300rpm，控制反應(yīng)溫度為20±5°C。用壓縮機(jī)將二氧化碳打入高壓碳化反應(yīng)老化釜，二氧化碳在換熱器處被預(yù)熱，控制二氧化碳?jí)毫?±0.5MPa,保持溫度和壓力反應(yīng)30min。接著，升高溫度至50 V，通過壓縮機(jī)繼續(xù)向高壓碳化反應(yīng)老化釜中打入二氧化碳，緩慢提高二氧化碳?jí)毫Γ⒖刂贫趸級(jí)毫?±0.5MPa，保持溫度和壓力2h，進(jìn)行老化固孔處理。然后，將反應(yīng)物料打入抽濾清洗機(jī)中，進(jìn)行固液分離，并用去離子水洗滌濾餅，至飽和氫氧化鋇溶液檢測(cè)濾液無沉淀為止，并用無水乙醇洗滌濾餅I遍。將濾餅轉(zhuǎn)移至漿料配制槽，按質(zhì)量比二氧化硅:無水乙醇=1: 5加入無水乙醇，攪拌制漿后得到二氧化硅漿料。采用超臨界干燥器進(jìn)行護(hù)孔干燥，最后，經(jīng)粉碎后得到微透明的二氧化硅粉末產(chǎn)品。實(shí)施例6所得二氧化硅產(chǎn)品孔容為3.9cm3/g，平均孔徑20.5nm,BET比表面積為752m2/g。所得產(chǎn)品 的氮?dú)獾葴匚矫摳角€圖參見圖7。
權(quán)利要求
1.一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的裝置，其特征在于設(shè)有水玻璃溶液儲(chǔ)罐、高壓碳化反應(yīng)老化釜、氣體壓縮機(jī)、換熱器、止回閥、背壓閥、抽慮清洗機(jī)、漿料配制槽、干燥器、二氧化碳儲(chǔ)罐和溫控系統(tǒng)； 所述水玻璃溶液儲(chǔ)罐的出口經(jīng)泵和第I閥門接高壓碳化反應(yīng)老化釜的入口，所述高壓碳化反應(yīng)老化釜內(nèi)設(shè)有攪拌器，高壓碳化反應(yīng)老化釜與溫控系統(tǒng)連接；二氧化碳儲(chǔ)罐的二氧化碳出口經(jīng)氣體壓縮機(jī)、換熱器、止回閥接設(shè)于高壓碳化反應(yīng)老化釜底部的二氧化碳進(jìn)口，背壓閥設(shè)于二氧化碳儲(chǔ)罐與換熱器之間；設(shè)于高壓碳化反應(yīng)老化釜底部的反應(yīng)物料出口經(jīng)第3閥門接抽慮清洗機(jī)，抽慮清洗機(jī)的濾餅出口接漿料配制槽，漿料配制槽的乙醇進(jìn)口通過第4閥門外接乙醇進(jìn)管，漿料配制槽的二氧化硅乙醇漿出口經(jīng)第5閥門接干燥器的進(jìn)口，干燥器的出口輸出產(chǎn)品。
2.按權(quán)利要求1所述的一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的裝置，其特征在于所述高壓碳化反應(yīng)老化釜上設(shè)二氧化鈦氣體壓力計(jì)。
3.按權(quán)利要求1所述的一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的裝置，其特征在于所述漿料配制槽上設(shè)攪拌器。
4.一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將固體硅酸鈉溶解于水中，加熱至全部固體硅酸鈉溶解于水中后，冷卻至室溫，過濾去除不可溶雜質(zhì)，加入水配制成濃度為0.1 1.0mol/L的水玻璃溶液； 2)將水玻璃溶液泵入高壓碳化反應(yīng)老化釜中，將高壓二氧化碳打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中，得到二氧化硅凝膠； 3)控制高壓碳化反應(yīng)老化釜內(nèi)溫度為20 90°C，控制二氧化碳?jí)毫? 15MPa，保持溫度和壓力I 3h進(jìn)行老化固孔，卸去釜內(nèi)壓力，得到含鹽的二氧化硅漿料； 4)將含鹽的二氧化硅漿料轉(zhuǎn)移至抽濾清洗機(jī)，進(jìn)行固液分離，然后用水洗滌濾餅，用飽和氫氧化鋇溶液檢測(cè)濾液，至無沉淀停止洗滌，并用無水乙醇洗滌濾餅；最后加入無水乙醇，攪拌制漿，再干燥，粉碎后即得微透明的二氧化硅粉末產(chǎn)品。
5.按權(quán)利要求4所述的一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的方法，其特征在于在步驟2)中，所述將水玻璃溶液泵入高壓碳化反應(yīng)老化釜中后控制溫度為20 70°C，并設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為50 1500rpm。
6.按權(quán)利要求4所述的一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的方法，其特征在于在步驟2)中，所述將高壓二氧化碳打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中后控制二氧化碳?jí)毫? lOMPa，保持溫度和壓力反應(yīng)5 60min。
7.按權(quán)利要求4所述的一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的方法，其特征在于在步驟2)中，所述二氧化碳在打入高壓碳化反應(yīng)老化釜中前先預(yù)熱。
8.按權(quán)利要求4所述的一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的方法，其特征在于在步驟4)中，所述進(jìn)行固液分離是通過抽濾的方式進(jìn)行固液分離。
9.按權(quán)利要求4所述的一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的方法，其特征在于在步驟4)中，所述加入無水乙醇的用量按質(zhì)量比為二氧化硅:無水乙醇=1: 5 20。
10.按權(quán)利要求4所述的一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的方法，其特征在于在步驟4)中，所述干燥的方法采用超臨界干燥、減壓干燥、冷凍干燥或噴霧干燥方式。
全文摘要
一種以水玻璃為原料制備二氧化硅的裝置及其方法，涉及二氧化硅的制備。所述裝置設(shè)有水玻璃溶液儲(chǔ)罐、高壓碳化反應(yīng)老化釜、氣體壓縮機(jī)、換熱器、止回閥、背壓閥、抽慮清洗機(jī)、漿料配制槽、干燥器、二氧化碳儲(chǔ)罐和溫控系統(tǒng)。將固體硅酸鈉溶解于水中，過濾后加入水配制成水玻璃溶液，再泵入釜中，將二氧化碳打入釜中，得二氧化硅凝膠；控制釜內(nèi)溫度和二氧化碳?jí)毫?，進(jìn)行老化固孔，卸去釜內(nèi)壓力，得到含鹽的二氧化硅漿料，再轉(zhuǎn)移至抽濾清洗機(jī)固液分離，用水洗滌濾餅，用飽和氫氧化鋇溶液檢測(cè)濾液，至無沉淀停止洗滌，并用無水乙醇洗滌濾餅；加入乙醇攪拌制漿，干燥粉碎后即得產(chǎn)品。工藝簡(jiǎn)單，方便獲取高孔容、大比表面積的微透明二氧化硅產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C01B33/18GK103086388SQ201310019808
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者李軍, 莊藝偉, 袁東平, 胡曉慧, 祝寶, 王宏濤, 蘇玉忠, 洪燕珍 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)