CN103910516A - 一种废弃硅溶胶回收再利用的方法 - Google Patents
一种废弃硅溶胶回收再利用的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103910516A CN103910516A CN201210594338.5A CN201210594338A CN103910516A CN 103910516 A CN103910516 A CN 103910516A CN 201210594338 A CN201210594338 A CN 201210594338A CN 103910516 A CN103910516 A CN 103910516A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon sol
- recycling
- acid
- aerogel
- discarded
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明关于一种废弃硅溶胶材料化的方法，可有效应用于以硅溶胶为主要成分的各种废弃胶体溶液的回收利用。本发明提供一种废弃硅溶胶回收再利用的方法，包括如下步骤：向废弃硅溶胶中投加酸或盐，使废弃硅溶胶形成水凝胶；在所得的产物中添加防收缩变形试剂，并将其干燥，使水凝胶变为气凝胶；在所得的产物中添加添加剂，进行增强增韧处理。利用该方法制成的SiO2气凝胶的气孔率在90%以上，密度为2~170kg/m3，孔径均在100nm以下，大多分布在10nm~70nm之间，常温下导热系数为5~25mW/（m·K）。完全具备制造纳米孔超级绝热材料的条件。
Description
技术领域
本发明关于一种废弃硅溶胶材料化的方法，可有效应用于以硅溶胶为主要成分的各种废弃胶体溶液的回收利用。
背景技术
硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，属于胶体溶液，无臭，无毒，广泛应用于涂料、纺织、造纸、机械、电子以及耐火材料等领域，随着各行各业的不断发展，以及硅溶胶的大量使用，废弃的硅溶胶溶液也大批产生，而对于硅溶胶的处置与处理却一直是困扰使用者的一个问题。
由于硅溶胶浊度较大，外观呈乳白色液体，大多为酸性或碱性，直接排放会对土壤环境造成严重污染，而针对废弃硅溶胶的回收与再利用的研究比较分散，不成体系。本专利发明人经广泛研究发现，废弃硅溶胶易形成水凝胶，经特殊处理后可转变为气凝胶，该物质具有较低的体积密度，气孔尺寸均在100nm以下，且导热系数较低，是制造纳米孔超级绝热材料的不二选择。
纳米孔超级绝热材料是新一代的绝热材料，近二十年以来，国际上有关纳米孔硅质超级绝热材料的研发十分活跃，进入到了一个新的发展阶段。先后在军工、航天、食品、运输、医用等领域中的应用获得突破性进展，特别在潜艇动力装置和热力设备、冰箱、冷藏箱、保温箱、冷热售奶机上的应用已逐渐成熟。
发明内容
本发明的目的是提供一种废弃硅溶胶回收再利用的方法，其特征在于投加酸或盐使其凝胶后，经过特殊处理及干燥，将水凝胶转化为气凝胶，用于纳米孔超级绝热材料。
硅溶胶外观呈乳白色不透明液体，浊度较大，大多为碱性或酸性溶液，故不能直接排放。使用过的硅溶胶与原液相比，外观一般无肉眼可观察到的变化，但其他各项指标都会有所改变，比如固含量、PH值、纳米氧化硅颗粒粒径分布、金属元素含量、杂质含量等等，且经过研究表明，在大多数领域，使用过的硅溶胶溶液很难复原原液的指标，或者复原成本较大，因而将废弃硅溶胶溶液再用于本领域的可行性较小。因此发明者另辟蹊径，发现将废弃硅溶胶凝胶后应用于纳米孔超级绝热材料的一种回收方法，不仅解决了废弃硅溶胶处理的问题，也降低了纳米孔超级绝热材料的制造成本。
本发明提供一种废弃硅溶胶回收再利用的方法，包括如下步骤：
⑴向废弃硅溶胶中投加酸或盐，使废弃硅溶胶形成水凝胶；
⑵在步骤1所得的产物中添加防收缩变形试剂，并将其干燥，使水凝胶变为气凝胶；
⑶在步骤2所得的产物中添加添加剂，进行增强增韧处理。
优选的，所述步骤1中的酸或盐选自盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、氯化钠、氯化镁、氯化铝、硫酸钠、硫酸镁、硫酸铝、乙酸钠或乙酸镁等试剂中的一种。
优选的，所述步骤2中的防收缩变形试剂选自甲醇、乙醇、丙酮、乙酸或甲醛等可与水互溶溶剂中的一种，干燥方法为超临界干燥。
优选的，所述步骤2中的防收缩变形试剂选自三甲基氯硅烷、六甲基二硅醚等试剂中的一种，干燥方法为常温干燥。
优选的，所述步骤3中增强增韧处理具体为：用无机纤维作为支撑骨架，将具有纳米孔结构的气凝胶填充骨架之间的微米孔空隙。
本发明第二方面提供所述废弃硅溶胶回收再利用的方法在纳米孔超级绝热材料领域的应用。
本发明向废弃硅溶胶中投加酸或盐，充分搅拌使其混合均匀，常温常压下静置使其凝胶，这时形成的为水凝胶，若将其直接干燥，由于微孔中不同相之间的表面张力和毛细作用，纳米级介孔结构遭到破坏，纳米空隙趋于消失，胶体强烈收缩，体积密度迅速增大，而不能用于纳米孔超级绝热材料。因此需要通过特殊途径对其进行干燥，主要可从以下两种方式入手实现：
一是将可与水混合的溶剂代替水凝胶中的水，比如醇类、醛类、酸类或酮类等有机物质，以液态二氧化碳（临界点为31℃,7.37MPa）作为超临界干燥介质，来降低表面张力。将处理过的凝胶装入高压釜，加入液态二氧化碳，拧紧高压釜，升温到液态二氧化碳的超临界点后缓慢放气，直至釜内压力和温度与外界大气的气压气温相等，开启高压釜即可得到完整无裂纹的SiO2气凝胶。
二是通过投加表面修饰剂，使一些疏水基团代替凝胶表面的亲水离子团，来增加接触角，减小孔隙的毛细作用。该类表面修饰剂可为三甲基氯硅烷、六甲基二硅醚等。该方法可在常温干燥下实现，避免较昂贵的超临界干燥过程。
利用该方法制成的SiO2气凝胶的气孔率在90%以上，密度为2~170kg/m3，孔径均在100nm以下，大多分布在10nm~70nm之间，常温下导热系数为5~25mW/（m·K）。完全具备制造纳米孔超级绝热材料的条件。
尽管SiO2气凝胶具有较好的机械强度，但单独使用远不能满足相关领域的指标要求，因此要想作为块状材料用于绝热产品，必须对其进行增强、增韧处理。在纳米孔超级绝热材料领域，大多采用无机纤维作为微米级孔隙的材料支撑骨架，进而向其内部填充具有纳米孔结构的气凝胶。此外，也可采用其他复合方法，将SiO2气凝胶制备成所需要形貌的实用纳米孔超级绝热材料。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以***其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以***其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例中以光电子领域中蓝宝石基片抛光所用的硅溶胶为例。
蓝宝石基片是发光二级管（LED）工业的主要衬底。蓝宝石化学机械抛光液主要由纳米二氧化硅磨料、表面改善剂、螯合剂、金属离子等组成。使用过的抛光液与原液相比，固含量略微增加，PH值稍有减小，纳米氧化硅颗粒粒径略微增大，部分金属元素（包括Al）略有增多，虽然各项指标变化均不大，但如果将使用过的抛光液再用于抛光，抛光速率会一次比一次减小，且经过大量实验研究表明，将使用过的抛光液中的氧化硅颗粒复原成原液颗粒形貌的可能性很小。
实施例1
A.原料：使用过一次的废弃蓝宝石化学机械抛光液。
B.凝胶方法：投加38%的浓盐酸溶液
C.干燥方法：用乙醇醇化后，以液态二氧化碳为超临界干燥介质，进行超临界干燥
D.后期处理：按照目标标准尺寸，将气凝胶注入装有陶瓷纤维板的磨具，得到复合有SiO2气凝胶的陶瓷纤维，可用于航天隔热领域。
测试结果如表1所示。
实施例2
A.原料：使用过一次的废弃蓝宝石化学机械抛光液。
B.凝胶方法：投加38%的浓盐酸溶液
C.中期处理：按照目标标准尺寸，将溶胶-凝胶注入装有陶瓷纤维板的磨具
D.干燥方法：加入乙醇与水混合，再将其放入三甲基氯硅烷的硅油溶液，室温下反应1~10天，取出，洗涤，在常温下烘干。得到复合有SiO2气凝胶的陶瓷纤维，可用于航天隔热领域。
测试结果如表1所示。
实施例3
A.原料：使用过一次的废弃蓝宝石化学机械抛光液。
B.凝胶方法：投加1.5mol/L的氯化钠溶液
C.干燥方法：用乙醇醇化后，以液态二氧化碳为超临界干燥介质，进行超临界干燥
D.后期处理：按照目标标准尺寸，将气凝胶注入装有陶瓷纤维板的磨具，得到复合有SiO2气凝胶的陶瓷纤维，可用于航天隔热领域。
测试结果如表1所示。
实施例4
A.原料：使用过一次的废弃蓝宝石化学机械抛光液。
B.凝胶方法：投加1.5mol/L的氯化钠溶液
C.中期处理：按照目标标准尺寸，将溶胶-凝胶注入装有陶瓷纤维板的磨具
D.干燥方法：加入乙醇与水混合，再将其放入三甲基氯硅烷的硅油溶液，室温下反应1~10天，取出，洗涤，在常温下烘干。得到复合有SiO2气凝胶的陶瓷纤维，可用于航天隔热领域。
测试结果如表1所示。
实施例5
A.原料：使用过一次的废弃蓝宝石化学机械抛光液。
B.凝胶方法：投加38%的浓盐酸溶液
C.干燥方法：用乙醇醇化后，以液态二氧化碳为超临界干燥介质，进行超临界干燥
D.后期处理：将纳米孔气凝胶片材制成双层夹芯玻璃板材，应用于太阳能集热器。
测试结果如表1所示。
实施例6
A.原料：使用过一次的废弃蓝宝石化学机械抛光液。
B.凝胶方法：投加38%的浓盐酸溶液
C.干燥方法：加入乙醇与水混合，再将其放入三甲基氯硅烷的硅油溶液，室温下反应1~10天，取出，洗涤，在常温下烘干。
D.后期处理：将纳米孔气凝胶片材制成双层夹芯玻璃板材，应用于太阳能集热器。
测试结果如表1所示。
实施例7
A.原料：使用过一次的废弃蓝宝石化学机械抛光液。
B.凝胶方法：投加1.5mol/L的氯化钠溶液
C.干燥方法：用乙醇醇化后，以液态二氧化碳为超临界干燥介质，进行超临界干燥
D.后期处理：将纳米孔气凝胶片材制成双层夹芯玻璃板材，应用于太阳能集热器。
测试结果如表1所示。
实施例8
A.原料：使用过一次的废弃蓝宝石化学机械抛光液。
B.凝胶方法：投加1.5mol/L的氯化钠溶液
C.干燥方法：加入乙醇与水混合，再将其放入三甲基氯硅烷的硅油溶液，室温下反应1~10天，取出，洗涤，在常温下烘干。
D.后期处理：将纳米孔气凝胶片材制成双层夹芯玻璃板材，应用于太阳能集热器。
测试结果如表1所示。
实施例9
A.原料：使用过一次的废弃蓝宝石化学机械抛光液。
B.凝胶方法：投加38%的浓盐酸溶液
C.干燥方法：放入80℃烘箱里干燥0.5~24h
D.后期处理：按照目标标准尺寸，将所得固体注入装有陶瓷纤维板的磨具
测试结果如表1所示。
实施例10
A.原料：使用过一次的废弃蓝宝石化学机械抛光液。
B.凝胶方法：投加1.5mol/L的氯化钠溶液
C.干燥方法：放入80℃烘箱里干燥0.5~24h
D.后期处理：将所得固体片材制成双层夹芯玻璃板材。
测试结果如表1所示。
表1
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种废弃硅溶胶回收再利用的方法，包括如下步骤：
⑴向废弃硅溶胶中投加酸或盐，使废弃硅溶胶形成水凝胶；
⑵在步骤1所得的产物中添加防收缩变形试剂，并将其干燥，使水凝胶变为气凝胶；
⑶在步骤2所得的产物中添加添加剂，进行增强增韧处理。
2.如权利要求1所述的一种废弃硅溶胶回收再利用的方法，其特征在于，所述步骤1中的酸或盐选自盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、氯化钠、氯化镁、氯化铝、硫酸钠、硫酸镁、硫酸铝、乙酸钠或乙酸镁等试剂中的一种。
3.如权利要求1所述的一种废弃硅溶胶回收再利用的方法，其特征在于，所述步骤2中的防收缩变形试剂选自甲醇、乙醇、丙酮、乙酸或甲醛等可与水互溶溶剂中的一种，干燥方法为超临界干燥。
4.如权利要求1所述的一种废弃硅溶胶回收再利用的方法，其特征在于，所述步骤2中的防收缩变形试剂选自三甲基氯硅烷、六甲基二硅醚等试剂中的一种，干燥方法为常温干燥。
5.如权利要求1所述的一种废弃硅溶胶回收再利用的方法，其特征在于，所述步骤3中增强增韧处理具体为：用无机纤维作为支撑骨架，将具有纳米孔结构的气凝胶填充骨架之间的微米孔空隙。
6.本发明第二方面提供所述废弃硅溶胶回收再利用的方法在纳米孔超级绝热材料领域的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210594338.5A CN103910516A (zh) | 2012-12-31 | 2012-12-31 | 一种废弃硅溶胶回收再利用的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210594338.5A CN103910516A (zh) | 2012-12-31 | 2012-12-31 | 一种废弃硅溶胶回收再利用的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103910516A true CN103910516A (zh) | 2014-07-09 |
Family
ID=51036570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210594338.5A Pending CN103910516A (zh) | 2012-12-31 | 2012-12-31 | 一种废弃硅溶胶回收再利用的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103910516A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210028131A (ko) | 2019-09-03 | 2021-03-11 | 주식회사 엘지화학 | 에어로겔 블랭킷 제조방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1803602A (zh) * | 2005-12-20 | 2006-07-19 | 长安大学 | 水镁石纤维增强SiO2气凝胶隔热材料的制备方法 |
| CN102351507A (zh) * | 2011-07-18 | 2012-02-15 | 南京工业大学 | 一种以稻壳灰为原料制备纤维增强SiO2气凝胶的方法 |
| CN102642842A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-22 | 浙江纳诺科技有限公司 | 一种用酸性硅溶胶制备二氧化硅气凝胶的方法 |
-
2012
- 2012-12-31 CN CN201210594338.5A patent/CN103910516A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1803602A (zh) * | 2005-12-20 | 2006-07-19 | 长安大学 | 水镁石纤维增强SiO2气凝胶隔热材料的制备方法 |
| CN102351507A (zh) * | 2011-07-18 | 2012-02-15 | 南京工业大学 | 一种以稻壳灰为原料制备纤维增强SiO2气凝胶的方法 |
| CN102642842A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-22 | 浙江纳诺科技有限公司 | 一种用酸性硅溶胶制备二氧化硅气凝胶的方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210028131A (ko) | 2019-09-03 | 2021-03-11 | 주식회사 엘지화학 | 에어로겔 블랭킷 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106867019B (zh) | 一锅法制备SiO2-纤维素复合气凝胶材料的方法 | |
| CN101823867B (zh) | 芳纶纤维掺杂的SiO2气凝胶复合材料的制备方法 | |
| CN101948296B (zh) | 一种高性能隔热材料及其制备方法 | |
| CN101372337B (zh) | 共前驱体法常压干燥制备透明二氧化硅气凝胶的方法 | |
| WO2018133260A1 (zh) | 一种超疏水性硅铝锆复合材料及其制备方法 | |
| Dervin et al. | An introduction to sol-gel processing for aerogels | |
| CN106185959A (zh) | 一种以微乳液为前体快速制备气凝胶的方法 | |
| CN107021496A (zh) | 一种超低密度二氧化硅气凝胶材料及其制备方法 | |
| CN104129973A (zh) | 一种填充SiO2气凝胶的碳气凝胶的制备方法 | |
| CN103523790A (zh) | 低成本大规模生产疏水气凝胶的气相化学表面修饰方法 | |
| CN102351507A (zh) | 一种以稻壳灰为原料制备纤维增强SiO2气凝胶的方法 | |
| CN106810193A (zh) | 一种利用正硅酸甲酯制备气凝胶复合材料的方法 | |
| CN104909375A (zh) | 二氧化碳亚临界干燥法快速制备疏水氧化硅气凝胶的方法 | |
| CN103331039B (zh) | 耐强酸及高盐环境的具有水下超疏油性质的油水分离网膜及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Non-supercritical drying sol–gel preparation of superhydrophobic aerogel ORMOSIL thin films with controlled refractive index | |
| CN109020470A (zh) | 一种常压干燥制备气凝胶复合保温毡的方法 | |
| Zhao et al. | Durable thermal fluid super-repellency of elastic fluorine-modified SiO2@ sponge composite aerogel | |
| Shi et al. | Preparation and properties of hydrophobic and highly transparent SiO2 aerogels | |
| Hu et al. | Preparation of ambient-dried multifunctional cellulose aerogel by freeze-linking technique | |
| CN103910516A (zh) | 一种废弃硅溶胶回收再利用的方法 | |
| CN104212413A (zh) | 一种液体填充多孔硅树脂防覆冰材料及制备方法 | |
| Chen et al. | Green Photothermal Ink for 0D to 3D Solar‐Driven Devices | |
| CN109665720A (zh) | 一种超低折射率SiO2减反射膜的制备方法 | |
| CN103755152B (zh) | 一种超疏水SiO2气凝胶薄膜的制备方法 | |
| CN103936017B (zh) | 一种以高岭土废渣为原料常压制备二氧化硅气凝胶的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140709 |