CN107324350A - 一种利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅的方法。所述方法以二、三级硅藻土为原料，经过与氢氧化钠溶液的碱溶反应，过滤后获得以硅酸钠为主要成分的水溶液，调节滤液波美度，经过活性炭吸附除杂后与酸反应获得纳米沉淀二氧化硅产品。与现有方法相比，本发明所述方法具有较低的能耗和生产成本，使低品位硅藻土得到有效利用，不产生新的污染，更加节能环保，有利于工业化生产。本发明制备的纳米沉淀二氧化硅符合国家质量标准。

Description

一种利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅的方法

技术领域

本发明属于纳米材料和环境友好材料技术领域，具体涉及一种利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅的方法。

背景技术

沉淀二氧化硅俗称白炭黑，是以极其微细的无定形二氧化硅颗粒为主要成分的化工原料，在塑料、橡胶、牙膏、医药、涂料等众多领域有着广泛的应用。无定形二氧化硅有两种制备方法，一是气相法，就是将硅原料(SiCl₄)气化后与氧和氢高温反应得到，具有纯度高、分散性好、应用性能好等特点，在医用材料、牙膏、化妆品等领域广泛使用。其不足之处在于生产成本高。二是化学沉淀法，就是使用硅酸钠溶液、硅酸钾溶液与酸在一定的工艺条件下反应制得。化学沉淀法制得的白炭黑在涂料、橡胶、塑料、电线电缆等领域应用十分广泛。

随着我国人民生活水平的逐渐提高和工业发展的需要，对白炭黑的质量和应用性能提出了越来越高的要求。如近年来美国对我国的轮胎实行限制使用的政策，其主要原因是橡胶轮胎使用的主要是炭黑，虽然强度能够满足应用性能要求，节能降噪方面却不如高档白炭黑。目前，我国在高性能白炭黑制备方面还处于落后状态，不能满足国内需求。

硅藻土是以二氧化硅为主要成分的、由硅藻死亡后残骸形成的矿物。随着杂质含量的不同，硅藻土的应用性能相差很大。一般的硅藻土助滤剂、催化剂载体、吸附剂等都使用一级土，大量的二、三级硅藻土被堆放在矿区周围，占用土地并形成了粉尘污染。对二、三级硅藻土的高附加值利用具有十分重要的意义。

传统的沉淀二氧化硅制备是以硅石为资源，将硅石破碎后与碳酸钠或者硫酸钠混合后高温煅烧，然后水淬形成泡花碱，再溶解于水后与酸反应获得。制备泡花碱过程的生产成本高、能耗高，且会产生大量的钠蒸气等污染。国内不少地区已经在限制泡花碱的生产。而硅藻土与氢氧化钠可以在水溶液中反应获得硅酸钠溶液，不存在污染的问题。利用二、三级硅藻土获得高性能沉淀二氧化硅，既可以减少低品位硅藻土排放带来的污染和占用土地的问题，也可以减少硅石制备泡花碱过程中的高能耗与环境污染问题。因此，利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅具有重要的实用意义。

发明内容

为了解决现有的沉淀法制备二氧化硅过程中存在成本高、能耗高等问题，以及解决低品位硅藻土占用土地和对环境的污染问题，本发明提供一种利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅的方法。所述方法以二、三级硅藻土为原料，经过与氢氧化钠溶液的碱溶反应，过滤后获得以硅酸钠为主要成分的水溶液，调节滤液波美度，经过活性炭吸附除杂后与酸反应获得纳米沉淀二氧化硅产品。与现有方法相比，所述方法具有较低的能耗和生产成本，使低品位硅藻土得到有效利用，不产生新的污染，更加节能环保，有利于工业化生产。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅的方法，所述方法以二、三级硅藻土为原料，经过与氢氧化钠溶液的碱溶反应，过滤后获得以硅酸钠为主要成分的水溶液，调节滤液波美度，经过活性炭吸附除杂后与酸反应获得纳米沉淀二氧化硅产品。

所述方法对原材料选用具有以下要求：

1)硅藻土，选用二、三级硅藻土，细度80～1250目，二氧化硅含量60％～86％；

2)氢氧化钠，工业级，氢氧化钠含量大于95％；

3)硫酸，工业级；

4)活性炭，工业级；

5)聚丙烯酸钠，工业级；

6)硅烷偶联剂，工业级。

所述方法包括以下步骤：

1)称取硅藻土、氢氧化钠和水，将其混合，在40～100℃下反应1～3h，获得以硅酸钠为主要成分的浆料，其中，氢氧化钠的质量是硅藻土中二氧化硅质量的20％～40％，水的质量是硅藻土质量的2-6倍；

2)将步骤1)制得的浆料过滤后取滤液，用往滤液中加水或者蒸发水分的方法调节滤液的波美度为15～30。将质量等于滤液质量2％～10％的活性炭加入滤液中，搅拌条件下吸附硅藻土带来的有机杂质10～300h，过滤后得到纯净的硅酸钠溶液；

3)将步骤2)制得的硅酸钠溶液置于搅拌***中，加入质量为溶液质量1％～8％的原位表面改性剂，与质量浓度15％～50％的硫酸反应，至pH值为3.0～5.0时止，陈化0.5～1h，得到沉淀二氧化硅料浆；

4)将步骤3)制得的沉淀二氧化硅浆料利用过滤机过滤形成滤饼，将滤饼反复加水搅拌均匀后过滤，至滤液的pH值为6.5～7时止，使沉淀二氧化硅被洗涤干净；

5)将滤饼在90℃～150℃下干燥至含水率<5％，打散后得到纳米沉淀二氧化硅。

优选的，所述原位表面改性剂为聚丙烯酸钠或者硅烷偶联剂。

本发明的优点和有益效果为：

1)以低品位硅藻土为原料，既解决了低品位硅藻土占用土地及对环境的污染问题，提升其应用价值，减轻了环境压力，又保证了原料的廉价和丰富供应；

2)本发明所述方法解决了传统沉淀法制备二氧化硅过程存在的高能耗与环境污染问题；

3)采用活性炭的吸附原理除去硅酸钠溶液的有机杂质，比利用煅烧硅藻土去除有机质的方法成本低廉，更加环保，因此更加适用于工业化生产；

4)本发明制备的纳米沉淀二氧化硅符合国家质量标准。

具体实施方式

实施例1

按以下要求选用原材料：

1)硅藻土，选用二级硅藻土，细度80目，二氧化硅含量60％；

2)氢氧化钠，工业级，氢氧化钠含量96％；

3)硫酸，工业级；

4)活性炭，工业级；

5)聚丙烯酸钠，工业级；

按以下步骤执行：

1)称取硅藻土20g、氢氧化钠3.2g，量取40mL水。先将水倒入三口烧瓶，在水浴锅中加热至40℃，然后加入硅藻土和氢氧化钠，搅拌反应1小时，形成以硅酸钠为主要成分的料浆；

2)利用真空抽滤机将碱溶制得的料浆过滤，取滤液，往滤液中加水或蒸发水使滤液的波美度达到15，将5g活性炭加入滤液中搅拌10h，使其吸附有机杂质，过滤后得到纯净的硅酸钠溶液；

3)将硅酸钠溶液置于三口烧瓶中，加入2.5g聚丙烯酸钠作为原位表面改性剂，边搅拌边滴加质量浓度为15％的硫酸，同时测试溶液的pH，当pH值为3.0时停止滴加硫酸，***陈化30mi n，得到沉淀二氧化硅料浆；

4)利用真空抽滤机将二氧化硅料浆过滤形成滤饼，将滤饼加水多次洗涤、过滤，至滤液pH值为6.5时止；

5)将滤饼在90℃干燥至含水率<5％，打散后得到纳米沉淀二氧化硅。

实施例2

按以下要求选用原材料：

1)硅藻土，选用二级硅藻土，细度800目，二氧化硅含量70％；

2)氢氧化钠，工业级，氢氧化钠含量97％；

3)硫酸，工业级；

4)活性炭，工业级；

5)硅烷偶联剂，工业级。

按以下步骤执行：

1)称取硅藻土20g、氢氧化钠4.8g，量取80mL水。先将水倒入三口烧瓶，在水浴锅中加热至70℃，然后加入硅藻土和氢氧化钠，搅拌反应2小时，形成以硅酸钠为主要成分的料浆；

2)利用真空抽滤机将碱溶制得的料浆过滤，取滤液，往滤液中加水或蒸发水使滤液的波美度达到23，将6g活性炭加入滤液中搅拌150h，使其吸附有机杂质，过滤后得到纯净的硅酸钠溶液；

3)将硅酸钠溶液置于三口烧瓶中，加入5g硅烷偶联剂作为原位表面改性剂，边搅拌边滴加质量浓度为30％的硫酸，同时测试溶液的pH，当pH值为4.0时停止滴加硫酸，***陈化45mi n，得到沉淀二氧化硅料浆；

4)利用真空抽滤机将二氧化硅料浆过滤形成滤饼，将滤饼加水多次洗涤、过滤，至滤液pH值为6.8时止；

5)将滤饼在120℃干燥至含水率<5％，打散后得到纳米沉淀二氧化硅。

实施例3

按以下要求选用原材料：

1)硅藻土，选用三级硅藻土，细度1250目，二氧化硅含量86％；

2)氢氧化钠，工业级，氢氧化钠含量98％；

3)硫酸，工业级；

4)活性炭，工业级；

5)聚丙烯酸钠，工业级；

按以下步骤执行：

1)称取硅藻土20g、氢氧化钠6.4g，量取120mL水。先将水倒入三口烧瓶，在水浴锅中加热至100℃，然后加入硅藻土和氢氧化钠，搅拌反应3小时，形成以硅酸钠为主要成分的料浆；

2)利用真空抽滤机将碱溶制得的料浆过滤，取滤液，往滤液中加水或蒸发水使滤液的波美度达到30，将14g活性炭加入滤液中搅拌300h，使其吸附有机杂质，过滤后得到纯净的硅酸钠溶液；

3)将硅酸钠溶液置于三口烧瓶中，加入10g聚丙烯酸钠作为原位表面改性剂，边搅拌边滴加质量浓度为50％的硫酸，同时测试溶液的pH，当pH值为5.0时停止滴加硫酸，***陈化1h，得到沉淀二氧化硅料浆；

4)利用真空抽滤机将二氧化硅料浆过滤形成滤饼，将滤饼加水多次洗涤、过滤，至滤液pH值为7时止；

5)将滤饼在150℃干燥至含水率<5％，打散后得到纳米沉淀二氧化硅。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅的方法，其特征在于：所述方法以二、三级硅藻土为原料，经过与氢氧化钠溶液的碱溶反应，过滤后获得以硅酸钠为主要成分的水溶液，调节滤液波美度，经过活性炭吸附除杂后与酸反应获得纳米沉淀二氧化硅产品。

2.如权利要求1所述的一种利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅的方法，所述方法对原材料具有以下要求：

1)硅藻土，选用二、三级硅藻土，细度80～1250目，二氧化硅含量60％～86％；

2)氢氧化钠，工业级，氢氧化钠含量大于95％；

3)硫酸，工业级；

4)活性炭，工业级；

5)聚丙烯酸钠，工业级；

6)硅烷偶联剂，工业级。

3.如权利要求1所述的一种利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)称取硅藻土、氢氧化钠和水，将其混合，在40～100℃下反应1～3h，获得以硅酸钠为主要成分的浆料，其中，氢氧化钠的质量是硅藻土中二氧化硅质量的20％～40％，水的质量是硅藻土质量的2-6倍；

2)将步骤1)制得的浆料过滤后取滤液，用往滤液中加水或者蒸发水分的方法调节滤液的波美度为15～30；将质量等于滤液质量2％～10％的活性炭加入滤液中，搅拌条件下吸附硅藻土带来的有机杂质10～300h，过滤后得到纯净的硅酸钠溶液；

3)将步骤2)制得的硅酸钠溶液置于搅拌***中，加入质量为溶液质量1％～8％的原位表面改性剂，与质量浓度15％～50％的硫酸反应，至pH值为3.0～5.0时止，陈化0.5～1h，得到沉淀二氧化硅料浆；

4)将步骤3)制得的沉淀二氧化硅浆料利用过滤机过滤形成滤饼，将滤饼反复加水搅拌均匀后过滤，至滤液的pH值为6.5～7时止，使沉淀二氧化硅被洗涤干净；

5)将滤饼在90℃～150℃下干燥至含水率<5％，打散后得到纳米沉淀二氧化硅。

4.如权利要求3所述的一种利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅的方法，其特征在于：所述原位表面改性剂为聚丙烯酸钠或者硅烷偶联剂。