[發明專利]制備納米多孔二氧化硅的裝置及其方法

有效

• 申請號: 200580052103.1
• 申請日: 2005-12-02
• 公開（公告）號: CN101312908A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 梁慶周;金鎮洙;金鍾吉;申桐喜
• 申請（專利權）人: E&B納米技術株式會社
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王達佐;韓克飛

技術領域

本發明涉及生產無定形納米多孔二氧化硅的裝置和方法以及通過該方法制備的無定形納米多孔二氧化硅，所述裝置和方法能夠通過使用高速反應噴嘴產生渦流以精確的當量比混合源材料，并能夠使用進行高速攪拌和低速攪拌的連續循環聚合釜控制物理性質。?

背景技術

二氧化硅的生產方法可以大致分為濕法和干法。凝膠型二氧化硅和沉淀二氧化硅能夠通過濕法制備。凝膠型二氧化硅和沉淀二氧化硅均由硅酸鈉(Na₂O·nSiO₂)和硫酸(H₂SO₄)制備得到。凝膠型二氧化硅在堿性條件下通過凝膠化制備，其二氧化硅濃度較高，而沉淀二氧化硅通過在較低濃度下攪拌沉淀為固體。而且，凝膠型二氧化硅在酸性和堿性條件下均能夠制備，而沉淀二氧化硅僅能在堿性條件下制備。此外，凝膠型二氧化硅的制備過程需要用于凝膠化和研磨的長反應時間(20至80小時)，而沉淀二氧化硅能夠在短時間內(1至5小時)制備，因為它是隨反應的進行而沉淀的。?

在沉淀二氧化硅的常規生產方法中(參見圖4)，通過不同的進料管將硅酸鈉和硫酸直接加到裝有攪拌器的聚合釜中。在這種情況下，加硫酸的區域偏酸性而加硅酸鈉的區域偏堿性，而且因此，反應器內硫酸和硅酸鈉的當量比隨位置而變化。因此，硅酸鈉和硫酸的當量比變得難以控制，并且不可能獲得具有均勻物理性質的納米多孔二氧化硅。這是因為pH是影響通過硅酸鈉的酸解形成的Si(OH)₄顆粒凝聚、成長和凝膠化最重要的因素(The?Chemistry?of?Silica(二氧化硅的化學)；Ralph.K.Iler，John?Wiley?and?Sons，New?York，p.177-200，1979.)。硅酸鈉和硫酸彼此接觸時的pH是控制納米多孔二氧化硅的物理性質的非常重要的因素。圖6顯示了具有初期形成的大量硅醇基(-Si-OH)的二?氧化硅溶膠在二氧化硅生產的濕法處理期間轉變成固體所需的凝膠化時間(膠凝時間)。當pH為0至2時，由于溶膠穩定性增加，膠凝時間較長。在pH為2或處于二氧化硅的等電點時膠凝時間最長，此時它是最穩定的。在pH為2至6時，膠凝時間隨溶膠穩定性的降低而降低，并從pH6開始隨二氧化硅溶膠穩定性的增加而再次增加。?

如果通過不同的進料管加硅酸鈉和無機酸，如在沉淀二氧化硅的常規生產方法中，難以在每一時刻控制每一點的pH。結果，3nm至4nm尺寸的初級顆粒的形成和向三維網狀結構的轉變在每一分鐘是可改變的，而且因此不可能控制納米多孔二氧化硅的物理性質和形態。此外，當以高速進行反應時，不可能用沉淀二氧化硅的常規制備方法獲得均勻的物理性質，因為反應器內pH的改變很突然。?

對于凝膠型二氧化硅，在轉移和研磨所獲得的濕凝膠后需要另外的洗滌和干燥處理。通常，洗滌大約花費20至40小時。?

常規的納米多孔二氧化硅、凝膠型二氧化硅和沉淀二氧化硅都是間歇化生產的。無論對過程的控制如何相近，一批與另一批之間物理性質的變化也是不可避免的。因此，常規凝膠型二氧化硅和沉淀二氧化硅的生產具有其局限性。例如，韓國專利第0244062號公開了納米多孔二氧化硅的生產方法，其包括如下步驟：i)制備包含低于100g/L的硅酸鹽和低于17g/L的電解質的初始母液，ii)向母液中加入酸化劑直至反應混合物的pH變成約7或更高，以及iii)向反應混合物中同時加入酸化劑和硅酸鹽。然而，在向含有母液的反應器中同時加入酸化劑和硅酸鹽時，在與母液混合期間會產生局部不均勻的當量比。按照如圖6所述的二氧化硅聚合理論，不同的pH引起不同的聚合速率和初級顆粒的不同形成模式。因此，不同批次的納米多孔二氧化硅的物理性質總是有些變化。?

發明公開?

技術問題?

為解決所述問題，本發明人開發了用于生產無定形納米多孔二氧化硅的裝置，所述裝置包括裝有產生源材料的渦流并使其以精確當量?比混合的噴嘴的高速瞬時反應器，以及能夠均勻控制物理性質的高速/低速攪拌連續循環聚合釜。?

因此，本發明的目的是提供用于生產無定形納米多孔二氧化硅的裝置，所述裝置包括裝有防波動氣室的源材料進料器、裝有噴嘴的高速瞬時反應器和反應后提供高速攪拌和低速攪拌以得到均勻物理性質的連續循環聚合釜。?