[发明专利]一种石英光纤固废SiO2

说明书

本发明公开一种石英光纤固废SiO2的转化利用方法，包括以下步骤：S1、称取膨化石墨和石英光纤固废SiO2；S2、将步骤S1所称取的石英光纤固废SiO2加入超纯水中；S3、将步骤S1所称取的膨化石墨加入到双氧水和超纯水的混合溶液中；S4、混合并搅拌以保持其悬浮状态形成多相流体，进行循环剪切；S5、对循环剪切的混合液进行离心分离水洗后再次进行离心分离，沉淀物干燥；S6、用马沸炉对干燥物进行热处理，所得黑色粉体即为纳米SiO2/石墨烯复相材料。本发明以膨化石墨为前驱体，同步实现固废SiO2的分散和膨化石墨剥离为石墨烯，形成两者间的紧密结合，经后续热处理，可获得轻质纳米SiO2/石墨烯复相吸波材料，环保和高效，且液相剪切的制备路径，易于进行连续化处理，有利于产业化进程的推进。

技术领域

本发明属于固废处理和轻质吸波材料领域，尤其涉及石英光纤固废SiO2的转化技术，具体涉及一种石英光纤固废SiO2的转化利用方法。

背景技术

石英光纤是现代光通信的基础材料，产业化制备基本采用气相沉积法生产光纤预制棒，继而热融拉制预制棒得到光纤产品的工艺路径，但在气相沉积生产光纤预制棒的过程中会产生大量的废料，其主要成分是纳米SiO2颗粒形成的聚集体，我国每年产生废料约0.7万-1.1 万吨，且随着5G技术的推广，光纤升级换代势在必行，可以预见，石英光纤固废SiO2的年产量将进一步提升，如何合理处置成为一个现实问题。就目前的处置技术而言，光纤固废SiO2的处置主要借鉴了工业白碳黑的应用，少部分作为一种助剂用于橡胶制品、纺织、造纸、农药、食品添加剂领域，有些甚至采取直接填埋的处理方式。其根本原因在于，工业白碳黑的沉淀法制备技术得到发展，非金属矿及其延伸物成为可利用的硅源，原料拓宽到包括硅灰石、高岭土、煤矸石以及粉煤灰等多种价格低廉的材料，市售白碳黑进入低价格区间，依据分散性和颗粒大小等性能指标，每吨价格在几千到几万，使得光纤生产过程中利用气相法得到的高纯SiO2失去价格的优势。但是，光纤预制棒制备过程中产生的SiO2固废，为纯度更高（高达99.9999%），单分散性更好（尺寸集中分布在20-40nm，呈超薄片状形貌）的纳米颗粒聚集体，借鉴工业白碳黑的使用方法进行的处置方式，并不能体现出石英光纤固费SiO2的内在价值。目前，合理利用纳米级固费SiO2，实现和其内在价值匹配的技术还很少见。

吸波材料是针对电磁辐射防护的一类材料。日常生活中，生产类电子设备和生活类电子产品，如电磁脉冲、无线电发射设备、工业科学和医疗类射频设备、办公自动化设备等等，它们在工作时都会产生频率范围很宽，强度较大的电磁辐射，对人体、环境和电子设备产生一定影响，成为继大气污染、噪音污染和水污染之后的第四大污染。除此之外，复杂的国际形势下，事关国防安全的航电系统的电磁对抗，战斗飞行器的隐身，大型军舰、港口和机场等的侦防，区域战场和战斗体（比如坦克等）的伪装都离不开吸波材料。最早规模化应用吸波材料的是美国军方，上世纪六七十年代，美国军方将石墨与热塑性材料和环氧树脂复合应用于飞机涂层，发现其在X（8-12GHz）和Ku（12-18GHz）波段具有和当时技术水平匹配的吸波效果，获得了军事目标在雷达波隐身上的相对优势，从此，关于吸波材料的开发成为各国事关国防安全的重点研究方向。目前，业界对吸波材料的要求有了普遍的共识，在2-18GHz频率范围朝着“薄涂层、宽频响应，质量轻、吸收强”的方向发展，尽可能多地融合包括介电损耗、磁损耗、电阻损耗以及结构损耗多种吸波机制有利于提升吸波材料的吸波性能，这其中，介电损耗和界面极化机制紧密相关。从物理机制上看，界面极化是由于界面两边的组分具有不同的极性或电导率，在外电场的作用下，电介质中的电子或离子在界面处聚集所引起的。

SiO2和石墨材料在电导率上存在明显差异，预示着两者的复相材料具有一定的吸波性能，并且两者都是密度较低的材料，符合吸波材料的轻质化要求，若SiO2和石墨都以纳米尺寸相结合，纳米材料大比表面积能提供更多界面极化的可能性。事实上，有文献指出nano-SiO2/graphene复相材料在2-18GHz频率范围内的X和C波段都能展示出一定的吸波性能，只是材料制备是通过正硅酸乙酯在氧化石墨烯溶液中水解完成的，制备工艺较为复杂且产率较低，但并不影响纳米SiO2/石墨烯复相材料可作为吸波材料的合理性。