[发明专利]一种纳米二氧化硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制取纳米二氧化硅的方法，属于化工新材料技术领域。

背景技术

纳米二氧化硅(nm-SiO₂)是颗粒尺寸在纳米级(一般为1～100nm)的无定形二氧化硅产品，外观为白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属氧化物材料，微结构为三维网状的准颗粒球形结构，因其具有的小尺寸、大比表面积、高表面能、与聚合物接触的介面能高等特性，以及优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在许多领域有着十分广泛的应用，特别是在橡胶、特种涂料、纺织行业、树脂基复合材料改性等应用领域都越来越显现其不可取代的作用。

目前制取nm-SiO₂的方法主要有干法和湿法二种，干法主要指气相法和电弧法，湿法可分为沉淀法和溶液-凝胶法。用干法和以硅酸乙酯为前驱体的溶液-凝胶法由于存在原材料价格昂贵、制备周期长等弊端，用廉价原材料制备nm-SiO₂的方法已越来越多的引起人们的重视。

2003年6月出版的南昌大学学报(工科版)第25卷第2期发表了郑典模、苏学军的文章《化学沉淀法制备纳米SiO₂的研究》，介绍了以廉价的水玻璃和硫酸为原料，通过控制溶液的PH值，采用化学沉淀的方法制取纳米SiO₂微粉的方法，该工艺的沉淀反应为：

Na₂O·nSiO₂+H₂SO₄+(nx-1)H₂O→nSiO₂·xH₂O↓+Na₂SO₄

除生成SiO₂外，反应还生成了Na₂SO₄，在洗涤SiO₂沉淀时会产大量含盐(Na₂SO₄)含酸(残余H₂SO₄)废水，由于浓度及工艺费用等方面的因素，这些含盐含酸废水的回收成本较高，回收物价值又不大，因此不可避免的会排放大量废水。

因此，上述工艺虽然解决了用廉价材料替代昂贵原材料的问题，但带来了需消耗大量无机酸，产生大量含盐含酸废水无法循环或回收利用，同时引起环境污染等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明拟解决的问题是提供一种除硅源(可溶性硅酸盐)外，其他化学品能循环使用的制取纳米二氧化硅的方法，以进一步降低纳米二氧化硅的制造成本，同时少消耗资源，减少排放，尽量减少对环境的损害。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种纳米二氧化硅的制备方法，它是以可溶性硅酸盐M₂O·nSiO₂和NH₄HCO₃为原料，以M₂O·nSiO₂和NH₄HCO₃的摩尔比为1∶1.0～1.15进行反应，沉淀出水合SiO₂，经过滤分去滤液，滤饼再经洗涤、用有机溶剂置换、干燥得到纳米二氧化硅产品；所述滤液中主要含有碳酸盐M₂CO₃、NH₃，还有少量的NH₄HCO₃；所述可溶性硅酸盐M₂O·nSiO₂、碳酸盐M₂CO₃中的M为碱金属元素Na或K，所述可溶性硅酸盐M₂O·nSiO₂中的n为其模数，n值在2.2～3.7。

所述干燥后还进行了粉碎。所述过滤是采用真空过滤或压滤机过滤。所述的洗涤是用水洗涤滤饼，以除去滤饼中所含的电解质离子。所述的有机溶剂置换是用有机溶剂洗涤经水洗涤后的滤饼，或用有机溶剂共沸蒸馏除去滤饼所含的水。

所述滤液中通入CO₂，使滤液中的碳酸盐M₂CO₃反应生成碳酸氢盐MHCO₃，NH₃反应生成NH₄HCO₃，MHCO₃和NH₄HCO₃的混合溶液循环作为制备纳米二氧化硅的反应原料。