二氧化硅預(yù)習(xí)報(bào)告

1、連續(xù)法制備沉淀二氧化硅及性能檢測(cè)預(yù)習(xí)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）初步了解和掌握無機(jī)超微細(xì)粉粒體沉淀二氧化硅產(chǎn)品開發(fā)的研究思路和實(shí)驗(yàn)研究方法，學(xué)會(huì)獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，組織與實(shí)施。（2）了解沉淀二氧化硅的制備方法，掌握連續(xù)法制備沉淀二氧化硅的原理、工藝流程和影響產(chǎn)品性能的因素。（3）掌握沉淀二氧化硅主要性能參數(shù)的測(cè)定與表征方法。了解粉粒產(chǎn)品的表征結(jié)果與產(chǎn)品性能之間的關(guān)系。（4）了解“連續(xù)式反應(yīng)裝置”的結(jié)構(gòu)及功能。二、傳統(tǒng)法制備二氧化硅 1、反應(yīng)原理 2、工藝流程 傳統(tǒng)沉淀法生產(chǎn)白炭黑的主要原料是石英砂、純堿、硫酸。其工藝路線:首先采用燃油或煤, 在高溫將石英砂

2、與純堿加熱至熔融, 反應(yīng)制得固體水玻璃, 再經(jīng)蒸汽溶解制得液體水玻璃, 然后在一定條件下, 再由液體水玻璃與酸反應(yīng), 經(jīng)沉淀、過濾、洗滌、干燥而得到白炭黑。傳統(tǒng)法制備沉淀二氧化硅的工藝流程3、體系優(yōu)缺點(diǎn) 傳統(tǒng)沉淀法生產(chǎn)白炭黑是現(xiàn)階段最常用的生產(chǎn)方法，我國(guó)大部分沉淀法白炭黑生產(chǎn)廠家主要用此法生產(chǎn)沉淀法白炭黑，傳統(tǒng)沉淀法生產(chǎn)的白炭黑SiO2含量在94%以上,比表面積可達(dá)268320m2/g。工藝所采用的硫酸、硅酸鈉(泡花堿)工業(yè)品價(jià)廉易得，生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件比較溫和，在同等體積的反應(yīng)釜中,其產(chǎn)量較高，但是沉淀法白炭黑顆粒表面水性

3、羥基鍵合嚴(yán)重，產(chǎn)品活性不高，顆粒不易控制，親和力差，補(bǔ)強(qiáng)性能低，對(duì)于生產(chǎn)高品質(zhì)白炭黑的工藝操作條件相當(dāng)苛刻，在反應(yīng)中有微小的操作條件變化，都會(huì)引起產(chǎn)品質(zhì)量的巨大波動(dòng)。4、 影響產(chǎn)品性能的重要工藝條件（1） 水玻璃的影響 在合成過程中發(fā)現(xiàn),硅酸鈉的濃度過大,易形成在合成過程中發(fā)現(xiàn),硅酸鈉的濃度過大，易形成凝膠;而濃度過小,則易產(chǎn)生溶膠而得不到所需的產(chǎn)品。但在一定濃度范圍內(nèi),改變硅酸鈉的濃度,可以合成具有不同粒徑的產(chǎn)品;水玻璃中SiO2 與Na2O物質(zhì)的量比也是影響白炭黑產(chǎn)品的一個(gè)因素。 （2） 表面活性劑和分散劑的影響 （3）

4、 沉淀劑與沉淀方法的影響 （4） 反應(yīng)體系PH的影響三、連續(xù)法制備二氧化硅 1、反應(yīng)原理 Na2O²nSiO2(l) + 2NaHCO3 + (NM-1) H2O  2Na2CO3 + n(SiO2²mH2O) 1)在一定條件下炭化后的稻殼炭化物放于碳酸鈉水溶液中，稻殼炭化物中的二氧化硅與碳酸鈉在溫度T1下發(fā)生如下反應(yīng)：二氧化硅以低模數(shù)可溶態(tài)硅酸鈉形式溶解出來，并隨之發(fā)生如下反應(yīng)：2)溶解液在保溫條件下過濾，然后迅速降溫至溫度

5、2T，濾液中單硅酸濃度將處于飽和狀態(tài)，溫度與飽和濃度(C。)及臨界形核濃度(Ct)的關(guān)系如圖1所從而發(fā)生水合二氧化硅沉淀相變析出過程：在此析出過程中，包含了膠粒成核(脫水)、長(zhǎng)大、聚集及沉淀等過程，最終形成白炭黑。2、工藝流程 首先，將稻殼用碳酸鈉溶液浸漬，經(jīng)烘干、炭化后得到含炭硅酸鈉，將含炭硅酸鈉經(jīng)溶解、過濾后得到液體硅酸鈉；液體硅酸鈉與碳酸氫鈉在特制的設(shè)備“連續(xù)式反應(yīng)裝置”中反應(yīng)得到沉淀二氧化硅，將沉淀二氧化硅進(jìn)行過濾、洗滌、干燥后可得到產(chǎn)品。期中濾液為碳酸鈉，濾液碳酸鈉一部分可回收作為稻殼的浸漬液，一部分通CO2得到碳酸氫鈉，原料得以循環(huán)再用。連續(xù)法制備沉淀二氧化硅的工藝流程3

6、、體系特點(diǎn)  Na2CO3  NaHCO3體系 該體系為堿性反應(yīng)體系，在整個(gè)反應(yīng)過程中，體系中的pH值能基本維持在一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)域，這樣就保證了在反應(yīng)的過程中體系環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定，使二氧化硅料子的成核能在穩(wěn)定的條件下進(jìn)行。 成核時(shí)間短 反應(yīng)體系成核時(shí)間短，這樣就保證了料子能在相同的時(shí)間里成核，并同時(shí)開始長(zhǎng)大，對(duì)料子的粒徑均勻性有利。 以碳酸鈉溶液為提取液與稻殼灰中的二氧化硅反應(yīng)提取白炭黑，二氧化硅的提取率90%以上，碳酸鈉提取液理論上不消耗，可以循環(huán)使用。這是此工藝的最大特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。碳酸鈉溶液與稻殼灰溶煮，將溶煮的混合

7、液過濾，濾液在冷卻過程中有大量的水合二氧化硅沉淀析出。將沉淀出的水合二氧化硅經(jīng)過濾、洗滌、干燥、粉碎后即可制得白炭黑產(chǎn)品。此工藝對(duì)稻殼的炭化溫度有嚴(yán)格要求，因?yàn)樘炕瘻囟冗^低，有機(jī)揮發(fā)組分不能完全除去，在提取二氧化硅時(shí)殘余揮發(fā)組分將溶于堿液中，使得到的二氧化硅色澤發(fā)黃，難以達(dá)到國(guó)標(biāo)中對(duì)二氧化硅的白度要求，炭化溫度過高，炭化稻殼中的二氧化硅無定形結(jié)構(gòu)遭到破壞，影響二氧化硅的提取率。4、 影響產(chǎn)品性能的重要工藝條件  一步反應(yīng)時(shí)間，二步反應(yīng)時(shí)間  一步反應(yīng)溫度，二步反應(yīng)溫度  一步進(jìn)料量，二步進(jìn)料量  一步加料

8、速度，二步加料速度四、二氧化硅產(chǎn)品的主要性能參數(shù)測(cè)定及其微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)成及檢測(cè)方法 1、吸油值DBP 炭黑吸油值，即DBP值。在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，100g炭黑吸收鄰苯二甲酸二丁酯(DBP，di-n-butyl phthalate)的體積(cm3)數(shù)。用來表征炭黑的聚集程度。DBP值可以計(jì)算炭黑聚集體之間的空隙體積，故是炭黑聚集和附聚程度的量度。 方法原理： 沉淀水合二氧化硅粒子的聚集程度影響其使用性能，其聚集體的空隙容積取決于粒子的聚集程度，這種空隙容積可以用沉淀水合二氧化硅所吸收的DBP（鄰苯二甲酸二丁酯）體積得到。因此DBP吸收值可作為衡量沉淀

9、水合二氧化硅粒子的聚集程度的指標(biāo)。 1）實(shí)驗(yàn)步驟。 a.稱取干燥的樣品1g（精確到0.001g），置于玻璃板上，開始以較快的速度滴加DBP。 b.當(dāng)?shù)渭拥较喈?dāng)于試樣吸油值的2/3時(shí)，用玻璃棒輕輕調(diào)和，使DBP與試樣浸潤(rùn)均勻，然后不斷滾壓，使粒狀試樣全部破碎。 c.以較慢的速度繼續(xù)滴加DBP并不斷滾壓。 d.當(dāng)試樣與DBP混合物出現(xiàn)小條狀或小塊狀時(shí)，可將試樣全部滾至玻璃棒上，同時(shí)，玻璃棒上不出現(xiàn)油跡時(shí)為滴定終點(diǎn)。 e.吸油值的單位用1g試樣吸收DBP的體積（mL/g）表示。2）精確度。一般對(duì)同一樣品的測(cè)試要進(jìn)行兩次，兩次的測(cè)試結(jié)果之差不

10、能超過0.15ml/g，否則測(cè)試結(jié)果無效。每次操作應(yīng)在57min內(nèi)完成。操作時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)因?yàn)槎趸璧某苯舛绊懡Y(jié)果，取兩次結(jié)果的平均值作為測(cè)試值。 2、比表面積測(cè)定   比表面積是每克固體材料所具有的表面積，單位為m2/g；二氧化硅比表面積測(cè)試的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是基于BET理論的低溫氮吸附BET多點(diǎn)法（GB/T 19587-2004）。由氮吸附BET多點(diǎn)法測(cè)定比表面積的要點(diǎn)是：在5-30%氮?dú)夥謮悍秶鷥?nèi)，在不同氮?dú)夥謮狐c(diǎn)下測(cè)定吸附劑（待測(cè)粉體）對(duì)氮?dú)獾奈搅?，做出吸附等溫線，通過BET公式求出相應(yīng)于吸附劑表面被氮?dú)夥肿痈采w滿單分子層時(shí)的單分子層飽和吸附量，即可

11、計(jì)算出吸附劑的比表面積。 3、紅外光譜圖 利用紅外光譜儀測(cè)定紅外光譜圖。 4、微觀結(jié)構(gòu)分析1）試樣條件。試樣經(jīng)300目篩子過篩，測(cè)試過程中保持空氣干燥，室溫控制在25±2。 2）操作步驟。 開機(jī)：打開電源，調(diào)節(jié)光源的亮度，物鏡調(diào)到40X，目鏡調(diào)到10X，裝入相機(jī)。 制玻璃片：取一塊載玻璃片，用手拿一小塊狀樣品輕輕捏碎于玻璃片上，然后用玻璃棒輕輕涂抹，切勿用力過猛導(dǎo)致樣品結(jié)構(gòu)破壞。涂抹到載玻片上附有一層極薄的樣品為佳。 拍攝：將載玻片放在載物臺(tái)上，調(diào)節(jié)焦距，直到相機(jī)屏幕出現(xiàn)透明晶體狀時(shí)，就可以進(jìn)行拍攝。應(yīng)該盡量去屏幕

12、出現(xiàn)最多的晶體來拍攝。下一樣品重復(fù)以上操作。 關(guān)機(jī)：關(guān)閉電源，取出相機(jī)。 五、“連續(xù)式反應(yīng)裝置”的構(gòu)成及功能 1、本反應(yīng)裝置由2個(gè)體積不一的反應(yīng)釜組成，分別為一步反應(yīng)釜和二步反應(yīng)釜。一步反應(yīng)釜中原料由兩個(gè)進(jìn)料泵從下面進(jìn)入，其中裝有調(diào)整攪拌裝置，原料進(jìn)入后隨多層攪拌漿下而上流入二步反應(yīng)釜。 2、二步反應(yīng)釜上面有兩個(gè)高位罐，是二步進(jìn)料時(shí)的原料罐，二步反應(yīng)釜中也裝有高速攪拌裝置，由一步反應(yīng)釜流入的物料在二步反應(yīng)釜中進(jìn)行二步反應(yīng)與調(diào)整。 3、2個(gè)反應(yīng)釜中含有保溫夾套，夾套中裝有熱電偶傳感器，可對(duì)反應(yīng)的溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。 4、2個(gè)反應(yīng)釜的底部都有出口閥門，經(jīng)過兩步反應(yīng)后的物料可從二步反應(yīng)釜的底閥排出；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后沒有流入二步反應(yīng)釜的物料（只進(jìn)行了一步反應(yīng)）可從一步反應(yīng)釜的底閥排出。六、參考文獻(xiàn) 1吳雪文,張海波,韓團(tuán)輝,謝進(jìn)波等. 傳統(tǒng)沉淀法制白炭黑的研究進(jìn)展.河南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院.2006.4 2陳 榮.沉淀法白炭黑的合成工藝研究.四川大學(xué).2004.7 3譚 鑫,鐘 宏.白炭黑的制備研究進(jìn)展.中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院.2010.7 4梅鑫東.白炭黑的生產(chǎn)工藝及其應(yīng)用.江西省化學(xué)工業(yè)學(xué)校.200