利用有機硅單體生產(chǎn)中回收物常壓制備二氧化硅氣凝膠.pdf

1、有機硅單體生產(chǎn)中的副產(chǎn)物種類較多，經(jīng)催化裂解、轉(zhuǎn)化反應(yīng)等資源再利用處理后還剩余部分未反應(yīng)硅粉。這部分回收硅粉由于粒度、均勻性等方面性能不再適合有機硅單體的生產(chǎn)，目前因尚無有效的回收利用方式而被大量廢棄。但該部分回收硅粉純度在97％-99％之間，仍具有較高利用價值。因此，在國家大力號召節(jié)約能源的大背景下，我們試圖探索出一種能將該部分回收硅粉有效利用起來的方法。同時我們注意到SiO2氣凝膠作為現(xiàn)今世界上發(fā)現(xiàn)的最輕、隔熱性能最好的固體材料，它

2、最高能承受1400℃的高溫，具有較高的孔隙率、比表面積，結(jié)構(gòu)可控等優(yōu)異性能。這些獨特的優(yōu)異性能使氣凝膠在耐高溫的隔熱器、光學(xué)傳感器、高效吸附劑、催化劑及其載體等方面得到了極大的推廣應(yīng)用。本課題試圖探索出一種將該部分回收硅粉制備成具有優(yōu)異性能硅氣凝膠的方法。
　　 本文以有機硅單體生產(chǎn)中的回收硅粉為原材料，分別制備了高濃度硅溶膠和硅氣凝膠。在硅粉制備高濃硅溶膠的過程中，研究了硅的物化性質(zhì)、單質(zhì)硅溶解法的反應(yīng)原理和工藝流程；重點研究

3、了水化反應(yīng)中反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、物料間配比對制備硅溶膠性能的影響；深入探討了分批加入堿液和控制反應(yīng)溶液pH值范圍等措施對制備硅溶膠的影響；最后還探討了pH值與硅溶膠的粘度關(guān)系、硅溶膠的zeta電位情況，反應(yīng)前后pH值變化規(guī)律，并對制備得到的硅溶膠進行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析。在硅溶膠制備硅氣凝膠的過程中，先探討了pH值、加熱溫度、乙醇用量、溶膠濃度對溶膠膠凝的影響；進而對濕凝膠常壓干燥機理進行了分析；在凝膠的老化處理過程中，研究了老化時間、不同

4、浸泡試劑對凝膠外觀的影響，以及浸泡試劑比例、浸泡時間、浸泡方式對凝膠比表面積的影響；在凝膠的表面改性過程中，研究了TMCS與水的摩爾比以及不同表面改性劑對凝膠性能的影響；在后續(xù)干燥過程中，研究了干燥溫度、干燥制度對氣凝膠性能影響；最后對制得的氣凝膠進行了XRF、XRD、SEM、紅外、結(jié)構(gòu)以及綜合熱分析。
　　 試驗結(jié)果表明，以有機硅單體生產(chǎn)中回收的超細(xì)硅粉為原料，采用本研究發(fā)明的技術(shù)措施，可以制備出質(zhì)量濃度在30％以上的高濃度硅

5、溶膠。此技術(shù)已經(jīng)申請國家發(fā)明專利(申請?zhí)?01010191426.1)。本技術(shù)的核心是在傳統(tǒng)單質(zhì)硅溶解法制備硅溶膠的基礎(chǔ)上，增加分批加入堿液和控制整個反應(yīng)過程的pH值在8.5-10.0的范圍內(nèi)這兩項關(guān)鍵措施。在最佳的水化反應(yīng)條件下：硅粉25g，蒸餾水200g，催化劑用量0.3g，反應(yīng)溫度90℃，反應(yīng)時間9h，利用粒度在500-2000目的硅粉均可制得濃度達(dá)30％以上，Na2O％小于0.3％，粒徑在10-20nm之間，pH值在9.0-10

6、.5之間，粘度(20℃)在5.0mpa·s左右，其他各項指標(biāo)均符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)要求的硅溶膠。在硅溶膠制備硅氣凝膠的過程中，確定了較優(yōu)老化制度為室溫老化24h，體積比為1:5的正硅酸乙酯與乙醇的混合液為老化浸泡試劑，浸泡時間24h且每12h更換一次，采用TMCS為表面改性劑，其中TMCS與水的摩爾比為0.2，表面改性完成后的最佳干燥制度為45℃下保溫2h后再分別在70℃、120℃、200℃下進行分級干燥。通過這一系列的制備過程可制得比表面