[發(fā)明專利]一種管式連續(xù)流法制備球形納米二氧化硅的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011065105.7
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112174147A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設計）人: 王川;段三即;楊青青;楊培俊;李靜;王廣斌;郭國慶;許明
• 申請（專利權）人: 南京工業(yè)大學;中鹽吉蘭泰氯堿化工有限公司
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 揚州邗誠專利代理事務所(普通合伙) 32469
• 代理人: 吳淑芳

本發(fā)明公開了一種管式連續(xù)流法制備球形納米二氧化硅的方法，即，基于小管徑管式反應器從硅酸鈉一步合成球形結構的納米二氧化硅顆粒。該方法包括以下步驟：采用管式連續(xù)流法使硅酸鈉和乙醇快速混合，同時引入酸化劑CO₂、氯化氫等氣體，通過管式反應器所形成的氣液交替的段流，從根本上解決了傳統(tǒng)釜式反應器傳質傳熱問題。因此，本發(fā)明方法能夠連續(xù)高效生產(chǎn)大粒徑球形納米二氧化硅，而且不會發(fā)生整體凝膠，氣液不斷流動更新，不易發(fā)生堵塞，不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且生產(chǎn)效率得到很大提高。

技術領域

本發(fā)明涉及無模板劑無機合成領域，具體涉及一種管式連續(xù)流法制備球形納米二氧化硅的方法。

背景技術

二氧化硅，即白炭黑，是橡膠工業(yè)重要的補強材料，按生產(chǎn)方法可分為沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。沉淀法白炭黑傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝通常是由水玻璃(即硅酸鈉)與硫酸發(fā)生沉淀反應，沉淀經(jīng)過濾、干燥得到白炭黑，材料的性能同材料顆粒的大小、形貌密切相關，制備具有均勻尺寸和形貌優(yōu)異的單分散二氧化硅，是當前白炭黑的研究熱點。

目前，球形二氧化硅常被用作填料并用于封裝集成電路。當塑封料的填料中所含的球形二氧化硅的含量越高時，其填充性、流動性和絕緣性能都將獲得提高，并最終提高封裝器件的熱傳導率和機械強度，并降低封裝器件的熱膨脹率和吸濕率，減小封裝時對集成電路的損傷。因此，球形二氧化硅常被用作高端塑封料中的填料。

在公開號CN108046278A的專利中，利用管式連續(xù)流法制備高比表面積的二氧化硅，其比表面積雖然高達為500-800m²/g，但是制備出的二氧化硅為不定形二氧化硅，其不規(guī)則的形貌使得應用極大受限。在現(xiàn)有已經(jīng)公開的技術中，球形二氧化硅顆粒主要有兩種制造方法：第一種溶膠一凝膠合成球形二氧化硅，它以價格低廉的石英礦物為基本原料，采用溶膠一凝膠技術，在分散劑和球形催化劑存在的條件下，制備出符合電子封裝材料要求的高純球形非晶態(tài)硅，可見公開號為CN1830774，名為一種用天然粉石英制備高純球形納米非晶態(tài)硅的方法的中國發(fā)明專利申請。另一種是采用高頻等離子制備球形硅，如中國專利申請?zhí)枮?00580031471.8。但上述兩種方法存在著設備要求高、成本過高等缺點。

發(fā)明內容

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種制備球形納米二氧化硅的方法——管式連續(xù)流法。即，基于小管徑管式反應器從硅酸鈉一步合成球形結構的納米二氧化硅顆粒。

本發(fā)明提供如下技術方案：

一種管式連續(xù)流法制備球形納米二氧化硅的方法，包括以下步驟：

(1)量取配制不同體積比例的硅酸鈉水溶液和乙醇，通過微量注射泵調節(jié)硅酸鈉水溶液和乙醇的流速，將硅酸鈉水溶液和乙醇同時通過連續(xù)流反應器的三通，形成硅源前體溶液，其中乙醇和硅酸鈉溶液的體積比為1:0.2-1:2.0，乙醇和硅酸鈉溶液的流速比為1:0.2-1:2.0；

(2)調節(jié)體系反應溫度，反應溫度為0℃-80℃；

(3)調節(jié)體系反應管長，反應管長為10cm-200cm；

(4)引入酸性氣體，調節(jié)氣體流速，將氣體和硅源前體液體同時通過連續(xù)流反應器的三通，產(chǎn)生氣液交替的段流，被氣體分開的液體部分，稱為液彈，這些液彈在連續(xù)流反應器的小管徑反應通道中不斷滾動前進，由于液彈的液面不斷更新，可以保證液體與氣體的充分接觸，因此，每個液彈就是一個微型反應器；每個液彈從三通出口移動到反應管出口用時3-120s，因此整個反應過程在很短的時間就完成了；隨著液彈的不斷流動，沉淀逐漸增多，在反應器出口收集沉淀物和水溶液，得到反應出來的二氧化硅沉淀；

(5)將所得的二氧化硅沉淀經(jīng)過濾或離心處理，用去離子水清洗2-4次；

(6)清洗后的二氧化硅在烘箱50-150℃下，干燥8-12h，研磨后得到球形納米二氧化硅。