高純納米二氧化硅制備與問題分析課件

1、高純納米二氧化硅的制備及問題分析 姓名：劉 曉 輝 班級：10級應(yīng)化一班第1頁，共18頁。目錄1、引言2、背景及現(xiàn)狀分析3、制備原理4、實驗原料及儀器5、實驗方案及方法6、相關(guān)問題的總結(jié)與解決7、參考文獻(xiàn)第2頁，共18頁。引言 粉煤灰，是從煤燃燒后產(chǎn)生的煙氣中收捕下來的細(xì)灰，是燃煤電廠排出的主要固體廢物。隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰成為我國當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一，2009年我國年排渣量已3.75億噸。大量的粉煤灰如果不加處理，隨意堆放，既占用大量耕地，又會對環(huán)境造成污染。其中干灰易產(chǎn)生揚塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，而其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會對人體

2、和生物造成危害。因此，粉煤灰的處理和利用問題應(yīng)當(dāng)引起人們廣泛的注意。 第3頁，共18頁。粉煤灰籠罩中國第4頁，共18頁。 目前我國對粉煤灰的利用，基本停留在初級利用階段，即作為水泥的摻混料、混凝土的攪拌料、筑路填路等。 而粉煤灰的主要化學(xué)成分是Al2O3和SiO2，兩者之和可達(dá)80%，SiO2含量高達(dá)33.9%-59.7%，氧化鋁是潛在的重要資源，因而開發(fā)氧化鋁產(chǎn)品以外的高附加值硅化物產(chǎn)品是綜合利用粉煤灰的關(guān)鍵。第5頁，共18頁。 納米二氧化硅（俗稱“超微細(xì)白炭黑”）是極其重要的高科技超微細(xì)無機新材料之一,因其粒徑很小，比表面積大，表面吸附力強，表面能大，化學(xué)純度高、分散性能好、熱阻、電阻等方

3、面具有特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補強性、增稠性和觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨具特性，有著不可取代的作用。 納米二氧化硅廣泛用于各行業(yè)作為添加劑、催化劑載體，石油化工，脫色劑，消光劑，橡膠補強劑，塑料充填劑，油墨增稠劑，金屬軟性磨光劑，絕緣絕熱填充劑，高級日用化妝品填料及噴涂材料、醫(yī)藥、環(huán)保等各種領(lǐng)域。第6頁，共18頁。粉煤灰脫硅液制備高純納米二氧化硅的技術(shù)，既可以解決現(xiàn)存的粉煤灰污染重的問題，又可解決我國對納米二氧化硅產(chǎn)品日益增長的需求，具有較好的社會意義和良好的工業(yè)前景。第7頁，共18頁。背景及現(xiàn)狀分析目前，納米二氧化硅的制備方法主要有干法和濕法兩類。干法包括氣相分解法和電弧法,濕法包括

4、化學(xué)沉淀法、氣相沉積法、溶膠-凝膠法和微乳液法等。干法制備工藝得到的納米二氧化硅純度高,性能好，但設(shè)備投資較大、生產(chǎn)過程中能耗大,成本高,故不常采用。濕法常用的有化學(xué)沉淀法、氣相沉積法、溶膠-凝膠法、微乳液法等，所用原材料廣泛、廉價，因此國內(nèi)外多采用濕法工藝來制備納米二氧化硅。第8頁，共18頁。作為一種高科技的納米材料，納米二氧化硅的制備方法已經(jīng)多種多樣了，但是如何有效地控制制備出來的納米二氧化硅的粒徑和形貌；如何更進(jìn)一步提高純度；如何減少生產(chǎn)成本，以適應(yīng)于大規(guī)模的生產(chǎn)，又不會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，本課題將探討如何由粉煤灰脫硅液制備高純納米二氧化硅。第9頁，共18頁。制備以內(nèi)蒙古呼和浩特某

5、熱電廠粉煤灰脫硅液為原料。采用碳化法制得高純納米二氧化硅。具體研究內(nèi)容包括：通過單因素實驗，探討碳化過程中溫度、時間、攪拌強度、 CO2流速等因素對產(chǎn)率、產(chǎn)品粒度及純度的影響。探索溶液pH值與產(chǎn)率及產(chǎn)品純度的關(guān)系。通過四因素三水平的正交實驗優(yōu)化脫硅液碳化制備高純納米二氧化硅的技術(shù)參數(shù)。第10頁，共18頁。實驗原料及儀器實驗原料： 粉煤灰脫硅液、 CO2氣體及檢測分析所需化學(xué)試劑 實驗儀器：四口燒瓶、磁力攪拌器、電子天平、恒溫水浴鍋、真空抽濾機、抽濾瓶、布氏漏斗、干燥箱及XRD、紫外分光光度計、粒度分析儀、熱重分析儀、SEM等分析檢測儀器等第11頁，共18頁。實驗方案及方法實驗步驟：（1）預(yù)脫硅

6、實驗：采用NaOH溶液與粉煤灰反應(yīng)，主要的化學(xué)反應(yīng)方程式為： SiO2（gls）2NaOH（aq）Na2SiO3（aq）H2O（l）第12頁，共18頁。（2）碳化實驗：向脫硅液中通入CO2，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為: Na2OmSiO2+CO2+nH2O Na2CO3+mSiO2nH2O Na2CO3+CO2+H2O NaHCO3 mSiO2nH2O mSiO2+nH2O-Si-OH+HO-Si- -Si-O-Si-+H2O通過調(diào)控溫度、時間、攪拌強度、CO2流速、pH等制備高純二氧化硅。第13頁，共18頁。（3）干燥：將制備的二氧化硅干燥，通過研究干燥溫度對二氧化硅粒度的影響。分析與表征（1）采用化

7、學(xué)滴定法測定溶液中二氧化硅的含量，并計算產(chǎn)率。（2）采用紅外、XRD、熱重、SEM、化學(xué)分析等對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、組成、微觀形貌等進(jìn)行表征。第14頁，共18頁。（2）主要困難及解決辦法困難：1、制備的二氧化硅純度的控制問題 2、實驗條件的局限性解決：可嘗試通過分步碳分的方法第15頁，共18頁。參考文獻(xiàn)1李群. 納米材料的制備與應(yīng)用技術(shù)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2008,7：121.2李歌，馬鴻文，劉浩，鄒丹,等. 粉煤灰堿溶脫硅液碳化法制備白炭黑的實驗與硅酸聚合機理研究J. 化工學(xué)報 2011,62（12）:3581-3587.3李歌，馬鴻文，鄒丹，等. 高鋁粉煤灰堿溶脫硅液制備白炭黑的實驗研究

8、J. 礦物學(xué)報 2010：174-175.4王蕾，馬鴻文，聶軼苗，李賀香，等. 利用粉煤灰制備高比表面積二氧化硅的實驗研究J. 硅酸鹽通報 2006,（2）：3-7.5吳艷，翟玉春，李來時，王佳東，牟文寧，等. 新酸堿聯(lián)合法以粉煤灰制備高純氧化鋁和超細(xì)二氧化硅J. 輕金屬 2007，（9）:24-27.6張順成，王勝春，曾武，等. 我國粉煤灰高值應(yīng)用及研究進(jìn)展J. 化工技術(shù)與開發(fā) 2010，39（9）：26-28.7張紅敏. 納米二氧化硅的制備Z. 百度文庫 2012-07-07. /view/5fdc81d649649b6648d7475a.html 第16頁，共18頁。8 韓秀山. 白炭黑

9、生產(chǎn)工藝及應(yīng)用綜述. 化工設(shè)計通訊，2004，30( 3) : 50-53.9王立剛. 粉煤灰的環(huán)境危害與利用. 中國礦業(yè)，2001，10( 4) : 27-28.10 李歌，馬鴻文，譚丹君. 高鋁粉煤灰燒結(jié)反應(yīng)熱力學(xué)分析與實驗. 現(xiàn)代地質(zhì)，2008，22( 5) : 845-851.11 劉金龍. 碳化法白炭黑的試制和生產(chǎn). 浙江化工，1990，( 4) : 38-40.12王寶君，張培萍，李書法，等. 白炭黑的應(yīng)用與制備方法. 世界地質(zhì)，2006，25( 1) : 100-104.13 Schmidt M，Schwertfeger F. Application for silica aer

10、ogel products. Journal of Non-Crystalline Silids，1998，225: 364-368.14 Tang Q，Wang T. Preparation of silica aerogel from rice hull ash by supercritical carbon dioxide drying. The Journal of Supercritical Fluids，2005， 6: 1-4.15 Wang J D. White carbon black preparation and its prospect. Journal of Northeastern University，2009，30( 2) : 208-211.16 Yachi A，Takahashi R，Sato S，et al. Silica gel with continuous macropores prepared fro