[發明專利]一種微米球形氧化硅的制備方法

有效

• 申請號: 201611094096.8
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN108147417B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 蘇宏久;楊曉野;王樹東;李大衛
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發明公開了一種微米球形氧化硅的制備方法。該方法主要包括將氧化硅粉末和硅溶膠溶液預混，加入酸、添加劑、分散劑和有機胺等充分混合形成漿料，通過一定孔徑的射流發生器將其射入油柱中成型，然后經老化、洗滌、干燥、焙燒得到微米球形氧化硅顆粒。本發明方法得到的微米球形氧化硅顆粒具有介孔特性，孔徑尺度在2～50nm可控，比表面積為200～450m²/g，孔容為0.5～1.5ml/g，且顆粒尺度為1～500μm的球形氧化硅顆粒。本發明方法制備得到的微米球形氧化硅可應用于多相催化反應、吸附分離材料及液相色譜填料等領域。

技術領域

本發明屬于化工技術領域，具體涉及一種微米球形氧化硅的制備方法。

背景技術

氧化硅是近年來納米材料及化工領域引人注目的研究對象，它是多孔固體物質中的一種。氧化硅擁有較大的比表面積和均勻孔尺寸，在催化和分離領域發揮著重要作用，特別是在催化，分離提純，藥物包埋緩釋，氣體傳感等領域。根據國際純粹與應用化學協會(IUPAC)的定義，孔徑小于2納米的稱為微孔；孔徑大于50納米的稱為大孔；孔徑在2到50納米之間的稱為介孔(或稱中孔)。由于孔道對物質的擴散有著重要的影響，因此介孔結構的氧化硅對于催化過程的選擇性、分離提純的分離效率具有十分重要的意義。

對于一種工業多相催化劑而言，必須具備以下幾個方面性能：(1)活性好；(2)選擇性高；(3)穩定性好，壽命長；(4)具有適宜的幾何形狀(粒徑或粒度分布)等。上述的各項催化劑使用性能，都與催化劑成型方法有不同程度的關系。在催化反應過程中，為使催化劑充分發揮效率，就應使催化劑在反應床層中的顆粒形狀、大小、裝填等情況處于最佳狀態，才能使催化劑的效率因子在實際工業應用中達到最大值，從而大大提高催化劑的使用效率。氧化硅作為催化劑或者催化劑載體用于催化反應時，其形狀對催化反應很大的影響，常用的有條形、柱形、拉西環、蜂窩、球形等，其中球形作為固定床催化劑或者催化劑載體時，由于顆粒之間以點相互接觸，減少了床層阻力，大大提高了傳質和催化效果，而且當反應器的一定容積內希望填充盡量多催化劑時，球形是最適宜的形狀(一般球形顆粒充填反應器時，顆粒占有空間的體積可達到70％，而直徑和高度相等的圓柱形顆粒，只達到63～68％)；而作為流化床催化劑或催化劑載體使用時，細小的球形顆粒有利于物質的擴散，提高催化反應速度，也便于傳熱，有利于控制反應溫度，可使反應溫度接近于最適宜的溫度范圍內，同時球形顆粒耐磨性能也較佳。

隨著成型工藝研究的深入及測試儀器的發展，同樣的粉體物料由于成型工藝及所用設備的不同，所制得的催化劑孔結構、比表面積、強度及表面文理結構等會產生顯著差別。在多相催化反應領域，催化劑或者催化劑載體孔結構性質是決定多相催化催化劑使用性能的重要因素，催化劑或者催化劑載體的比表面積、孔徑和孔容等孔結構參數直接影響催化劑的活性劑催化劑體系中的傳質效率，進而決定了催化劑的使用性能。因此，制備孔結構適當，比表、孔容和孔徑可控的同時，控制材料顆粒形貌，尺寸大小，均勻程度等宏觀參數，能夠使得制備的材料顆粒在應用范圍領域得到擴展。

目前制備球形氧化硅的方法主要有以下幾種：1、化學沉淀法；2、硅塊高溫汽化冷凝法；3、有機硅水解法；4、噴霧干燥法；5、微乳法；6、水熱合成法等。專利CN104192853A是將叔丁醇和乙二胺與水玻璃混合，再將硫酸加入水玻璃中，發生了化學沉淀反應，得到球形二氧化硅，主要缺點是粒徑分布不好控制、制約成型的條件比較多，且團聚現象嚴重。專利CN102249248A是用正硅酸四乙酯為硅源，醇為共溶劑，在堿性條件下水解縮合制備的，制備的二氧化硅顆粒有微孔，致密度差、疏松、易于粉化；專利CN101708854A是將速溶的硅酸鉀固體顆粒通過高壓氣體噴射到無機酸中，控制噴射循環時間得到混合物然后分離得到產物，是微乳和噴霧法的變相結合，雖然工藝簡單但其得到的產品顆粒強度差，孔容、孔徑不可控；CN101462727是將天然氣和氧氣燃燒，用高溫火焰熔融形成二氧化硅，靠其熔融后的表面張力使之球化，然后大流量的純氧和天然氣將二氧化硅顆粒有效隔阻、分散，所得顆粒孔徑、孔容不可控，顆粒粒徑大小不均勻，有團聚現象，操作條件要求苛刻，能耗高等缺點。

發明內容