本發(fā)明涉及二氧化硅的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米二氧化硅的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，二氧化硅粉末作為一種多功能添加劑，是一種工業(yè)化應(yīng)用的納米材料，其具有質(zhì)量輕、比重小和熔點(diǎn)高的特點(diǎn)，以及優(yōu)異的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性等性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于硅橡膠、綠色輪胎、密封膠及膠粘劑、塑料、不飽和聚酯、涂料和造紙等行業(yè)領(lǐng)域。納米二氧化硅的粒徑范圍在幾十納米，納米二氧化硅的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)很高，具有很高的硬度和很好的穩(wěn)定性，其具有良好的化學(xué)惰性、熱力穩(wěn)定性，應(yīng)用范圍極為廣泛。
二氧化硅的制備方法，工業(yè)上無(wú)論是采用液相法或氣相法制備得到的納米二氧化硅，其制備過(guò)程極為復(fù)雜，制造的二氧化硅的產(chǎn)品的成本高，二氧化硅的生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)保問(wèn)題也很突出。在自然界存在純度極高的二氧化硅礦石，采用機(jī)械破碎可以得到微米級(jí)的二氧化硅。然而，繼續(xù)采用機(jī)械破碎法以得到納米級(jí)的二氧化硅，制造成本較高。
由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的納米二氧化硅的制備方法存在著制備成本高、制造過(guò)程復(fù)雜、環(huán)保性差的缺陷，亟待進(jìn)一步改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種納米二氧化硅的制備方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種納米二氧化硅的制備方法，所述方法包括以下步驟：
步驟A：取二氧化硅礦石酸洗、水洗后，進(jìn)行干燥；
步驟B：將干燥后的所述二氧化硅礦石粉碎至微米級(jí)的二氧化硅粉末；
步驟C：將濃度為10％-60％的氫氧化鈉、所述微米二氧化硅粉末以及六偏磷酸鈉加入反應(yīng)器中混合加熱，在壓力小于0.2Mp條件下，攪拌反應(yīng)0.4-0.8小時(shí)后，得到二氧化硅混合物反應(yīng)液；
步驟D：將所述反應(yīng)器中的所述二氧化硅混合物反應(yīng)液的溫度降低到室溫，反應(yīng)器的壓力恢復(fù)到常壓；
步驟E：將步驟D中的所述二氧化硅混合物反應(yīng)液進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、干燥得到納米二氧化硅粉末，同時(shí)將過(guò)濾得到的溶液回收利用。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟C中，所述氫氧化鈉溶液與所述微米二氧化硅粉末的體積比為3:1-1:1。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟C中，所述六偏磷酸鈉的加入量為所述微米二氧化硅粉末重量的0.1％-0.5％。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟B中，所述微米二氧化硅粉末的粒徑為1-10μm。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟C中，所述二氧化硅混合物反應(yīng)液的加熱溫度介于125℃-135℃之間。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟E中，所述納米二氧化硅粉末的粒徑為10-100納米。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明涉及的納米二氧化硅的制備方法，其制備工藝流程簡(jiǎn)單，制造成本低，對(duì)環(huán)境的污染小，得到二氧化硅的粉末趨向球形。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明納米二氧化硅的制備方法是將機(jī)械破碎與化學(xué)方法結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)制造納米二氧化硅的目的。具體的，本發(fā)明采用氫氧化鈉與微米級(jí)二氧化硅反應(yīng)得到納米二氧化硅的反應(yīng)原理如下：
2NaOH+SiO2＝Na2SiO3+H2O
以上反應(yīng)式說(shuō)明，氫氧化鈉溶液與二氧化硅粉末反應(yīng)時(shí)，會(huì)溶解二氧化硅，使其生成硅酸鈉。而溶解的過(guò)程就是顆粒二氧化硅體積變小的過(guò)程，即由微米二氧化硅向納米二氧化硅變化的過(guò)程，二氧化硅溶解時(shí)，由于機(jī)械破碎的二氧化硅顆粒的表面具有很多棱角，當(dāng)棱角被溶解后，原顆粒體積較大微米二氧化硅亦變?yōu)轭w粒體積較小的納米二氧化硅，也就是體積變小向納米二氧化硅轉(zhuǎn)變的過(guò)程，因此，利用以上原理只要控制好反應(yīng)條件，就能獲得納米級(jí)二氧化硅。
具體的，本發(fā)明提供的納米二氧化硅的制備方法包括以下步驟：
步驟A：取二氧化硅礦石酸洗、水洗后，進(jìn)行干燥；
步驟B：將干燥后的二氧化硅礦石粉碎至微米級(jí)的二氧化硅粉末，該二氧化硅粉末的粒徑為1-10μm。
步驟C：將濃度為10％-60％的氫氧化鈉、微米二氧化硅粉末以及六偏磷酸鈉加入反應(yīng)器中混合加熱，在壓力小于0.2Mp條件下，攪拌反應(yīng)0.4-0.8小時(shí)，得到二氧化硅混合物反應(yīng)液。其中，氫氧化鈉溶液與微米二氧化硅的體積比為3:1-1:1。六偏磷酸鈉的加入量為微米二氧化硅重量的0.1％-0.5％。在該步驟的反應(yīng)過(guò)程中，二氧化硅混合物反應(yīng)液的加熱溫度介于125℃-135℃之間。
步驟D：將反應(yīng)器中的二氧化硅混合物反應(yīng)液的溫度降低到室溫，反應(yīng)器的壓力恢復(fù)到常壓；
步驟E：二氧化硅混合物反應(yīng)液進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、干燥得到納米二氧化硅粉末，納米二氧化硅粉末的粒徑為10-100納米。最后，從二氧化硅混合物反應(yīng)液中過(guò)濾分離出的溶液回收，可以通過(guò)加入一定量的固體氫氧化鈉后再次循環(huán)利用。
實(shí)施例1
取一定量的二氧化硅礦石，除去雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)水洗、干燥，然后利用球磨機(jī)研磨得到二氧化硅粉末，將得到的二氧化硅粉末進(jìn)行分級(jí)，取粒徑范圍為1-10μm的二氧化硅粉末進(jìn)一步進(jìn)行處理。
將質(zhì)量濃度為10％的氫氧化鈉溶液，倒入反應(yīng)釜中，然后加入1-10μm二氧化硅粉末和六偏磷酸鈉，其中，氫氧化鈉溶液與二氧化硅之間的體積比為3:1，六偏磷酸鈉的加入量是二氧化硅重量的0.1％。在反應(yīng)釜中，得到二氧化硅的混合物反應(yīng)液，將反應(yīng)釜加熱升溫使得二氧化硅的混合物反應(yīng)液至溫度135℃，反應(yīng)釜內(nèi)的壓力等于0.2Mp，將二氧化硅混合物溶液攪拌0.4小時(shí)，停止升溫，將冷水通入到反應(yīng)釜升溫降溫的夾套內(nèi)，降溫至室溫，壓力恢復(fù)到常壓。
打開(kāi)反應(yīng)釜的出料閥，將二氧化硅混合物反應(yīng)液通過(guò)輸送泵輸入過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾、洗滌，將過(guò)濾得到的二氧化硅進(jìn)行干燥，最終得到納米二氧化硅，得到的納米二氧化硅粉末。從二氧化硅混合物反應(yīng)液中分離出的母液可以加入一定量的固體氫氧化鈉后循環(huán)利用。經(jīng)電鏡分析，得到的二氧化硅粉末近似球形，粒徑分布范圍為10-100納米。
實(shí)施例2
取一定量的二氧化硅礦石，除去雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)水洗、干燥，然后利用球磨機(jī)研磨得到二氧化硅粉末，將得到二氧化硅粉末進(jìn)行分級(jí)，取粒徑范圍為1-10μm的二氧化硅粉末進(jìn)一步進(jìn)行處理。
將質(zhì)量濃度為60％的氫氧化鈉溶液，倒入反應(yīng)釜中，然后加入1-10μm二氧化硅粉末和六偏磷酸鈉，其中，氫氧化鈉溶液與二氧化硅之間的體積比為1:1，六偏磷酸鈉的加入量是二氧化硅重量的0.5％。在反應(yīng)釜中，得到二氧化硅的混合物反應(yīng)液，將反應(yīng)釜加熱升溫使得二氧化硅的混合物反應(yīng)液至溫度100℃，反應(yīng)釜內(nèi)的壓力等于0.1Mp，將二氧化硅混合物溶液攪拌0.8小時(shí)，停止升溫，將冷水通入到反應(yīng)釜的升溫降溫的夾套內(nèi)，降溫至室溫，壓力恢復(fù)到常壓。
打開(kāi)反應(yīng)釜的出料閥，將二氧化硅混合物反應(yīng)液通過(guò)輸送泵輸入過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾、洗滌，將過(guò)濾得到的二氧化硅進(jìn)行干燥，最終得到納米二氧化硅，得到的納米二氧化硅粉末。從二氧化硅混合物反應(yīng)液中過(guò)濾分離出的母液可以加入一定量的固體氫氧化鈉后循環(huán)利用，經(jīng)電鏡分析，所得到的納米二氧化硅，近似球形，其粒徑分布范圍為10-100納米。與現(xiàn)有的納米二氧化硅的制備方法相比，成本節(jié)省了8％。
實(shí)施例3
取一定量的二氧化硅礦石，除去雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)水洗、干燥，然后利用球磨機(jī)研磨得到二氧化硅粉末，將得到二氧化硅粉末進(jìn)行分級(jí)，取粒徑范圍為1-10μm的二氧化硅粉末進(jìn)一步進(jìn)行處理。
將質(zhì)量濃度為40％的氫氧化鈉溶液，倒入反應(yīng)釜中，然后加入1-10μm二氧化硅粉末和六偏磷酸鈉，其中，氫氧化鈉溶液與二氧化硅之間的體積比為2:1，六偏磷酸鈉的加入量是二氧化硅重量的0.3％。在反應(yīng)釜中，得到二氧化硅的混合物反應(yīng)液，將反應(yīng)釜加熱升溫使得二氧化硅的混合物反應(yīng)液至溫度80℃，反應(yīng)釜內(nèi)的壓力等于0.05Mp，將二氧化硅混合物溶液攪拌0.6小時(shí)，停止升溫，將冷水通入到反應(yīng)釜升溫降溫的夾套內(nèi)，降溫至室溫，壓力恢復(fù)到常壓。
打開(kāi)反應(yīng)釜的出料閥，將二氧化硅混合物反應(yīng)液通過(guò)輸送泵輸入過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾、洗滌，將過(guò)濾得到的二氧化硅進(jìn)行干燥，最終得到納米二氧化硅。從二氧化硅混合物反應(yīng)液中分離出的母液可以加入一定量的固體氫氧化鈉后循環(huán)利用。經(jīng)過(guò)電鏡分析，所制備的二氧化硅的粉末近似球形，粒徑分布范圍為10-100納米。
本發(fā)明通過(guò)機(jī)械破碎法工業(yè)球磨機(jī)磨細(xì)得到微米級(jí)二氧化硅，分級(jí)后，選取粒徑最小的二氧化硅，然后利用氫氧化鈉溶液以及六偏磷酸鈉溶解微米二氧化硅，使其二氧化硅的體積變小，得到納米二氧化硅，溶解在氫氧化鈉中的二氧化硅再通過(guò)加酸沉淀制得納米二氧化硅，然后將得到的二氧化硅輸送到干燥器干燥后得到納米二氧化硅粉末產(chǎn)品。該納米二氧化硅的制備流程制備的納米二氧化硅與現(xiàn)有技術(shù)的制備方法相比較，成本節(jié)省了8％。
本發(fā)明的納米二氧化硅的制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明的二氧化硅的制造方法制造成本低、制造過(guò)程簡(jiǎn)單，環(huán)境污染少；
2、本發(fā)明納米二氧化硅制備方法中，由機(jī)械破碎得到的二氧化硅往往形狀為尖銳型，通過(guò)混合溶液溶解后，二氧化硅外型趨向球形化。
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。