一種以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法
【專利摘要】本案為一種以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法，包括以下步驟：(1)化學(xué)沉淀法制備二氧化硅溶膠：配置硅酸鈉水溶液，室溫攪拌下向其中加入無水乙醇和非離子表面活性劑，待表面活性劑全部溶解后，在一定反應(yīng)溫度下將四氯化硅液體快速滴加到硅酸鈉溶液中，至pH值達7左右，停止滴加，繼續(xù)攪拌1h；(2)靜置陳化：將步驟1)制得的二氧化硅溶膠靜置3～10h得到凝膠；保持溫度不變，靜置陳化6～10h；(3)過濾洗滌：將所得沉淀過濾，然后用去離子水反復(fù)洗滌至硝酸銀檢測無氯離子；(4)常壓干燥：將步驟3)所得的濾餅放在鼓風(fēng)烘箱中于70～90℃下干燥5～8h，再將干燥后所得到的粉末放在馬弗爐中于550～650℃條件下處理5～6h，即可得到白色粉末狀二氧化硅產(chǎn)物。
【專利說明】一種以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二氧化硅粉體的制備方法，特別是涉及一種以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]四氯化硅因?qū)Νh(huán)境的污染很大而影響了多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，對多晶硅副產(chǎn)物四氯化硅的處理主要有以下3種技術(shù):一是將四氯化硅氫化還原，以生產(chǎn)三氯硅烷，但目前的生產(chǎn)技術(shù)水平較低，將四氯化硅氫化生產(chǎn)三氯硅烷的成本比直接合成所需成本還要高，且轉(zhuǎn)化率較低；二是將四氯化硅制成多種有機硅化合物，但受次生污染和消耗量的制約，該法消耗多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的四氯化硅仍有局限性；三是以四氯化硅為原料，采用高附加值的氣相法生產(chǎn)二氧化硅，但生產(chǎn)過程中需高溫、高壓條件而對設(shè)備的要求較嚴，且需消耗大量的電能。因而，采用此法消耗的四氯化硅量不夠大，還必須開發(fā)其他處理四氯化硅的技術(shù)。
[0003]二氧化硅因在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而引起了廣大科學(xué)工作者的高度重視。目前，制備二氧化硅的方法主要有以四氯化硅為原料的氣相法、以水玻璃和無機酸為原料的沉淀法、以有機醇鹽(如正硅酸乙酯)為原料的溶膠-凝膠法、反相膠束微乳液法等。氣相法和溶膠-凝膠法制備出的二氧化硅性能較優(yōu)越，但存在原料價格昂貴、產(chǎn)品成本高、制備周期長、工藝復(fù)雜、能耗大等問題；微乳液法制備二氧化硅過程中，有機物難以洗滌除去，易對環(huán)境造成污染。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種以四氯化硅為原料制備沉淀二氧化硅的方法，旨在并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，以解決國內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的副產(chǎn)物問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):一種以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法，包括以下步驟:
[0006](1)化學(xué)沉淀法制備二氧化硅溶膠:配置濃度為0.lmol/L?0.3mol/L的硅酸鈉水溶液，其中含90?110重量份的硅酸鈉，室溫攪拌下向其中加入50mL?200mL的無水乙醇和5mL?30mL的非離子表面活性劑，待表面活性劑全部溶解后，在50?60°C下將50?80重量份的四氯化硅液體快速滴加到硅酸鈉溶液中，使用pH計監(jiān)測溶液pH值的變化，當溶液pH值減小到10左右時，溶液開始由無色變渾濁，隨著pH值的進一步降低，最后形成乳白色溶液，直至pH值達7左右，停止滴加四氯化硅液體，繼續(xù)攪拌lh，得到二氧化硅溶膠；
[0007](2)靜置陳化:將步驟1)制備得到的二氧化硅溶膠靜置3?10h得到二氧化硅凝膠；保持溫度不變，靜置陳化6?10h，得到二氧化硅沉淀；
[0008](3)過濾洗滌:將所得沉淀過濾，然后用去離子水反復(fù)洗滌至硝酸銀檢測無氯離子，得到濾餅；
[0009](4)常壓干燥:將經(jīng)過步驟3)處理后所得的濾餅放在鼓風(fēng)烘箱中于70?90°C下干燥5?8h，再將干燥后所得到的粉末放在馬弗爐中于550?650°C條件下處理5?6h，即可得到白色粉末狀二氧化硅產(chǎn)物。
[0010]優(yōu)選的是，所述的以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法，其中，所述表面活性劑為聚乙二醇。
[0011]優(yōu)選的是，所述的以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法，其中，所述聚乙二醇的濃度為2.0?3.0%。
[0012]優(yōu)選的是，所述的以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法，其中，所述二氧化硅粉末是由近似球形的二氧化娃顆粒聚集成的，粒徑分布在110?230nm，其中粒徑在170nm以下的占90%以上。
[0013]本發(fā)明以多晶硅產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物四氯化硅和硅酸鈉為原料，采用簡單的化學(xué)沉淀法制備出了物理化學(xué)性能較好的二氧化硅粉末；與目前處理四氯化硅的主流技術(shù)相比較，該工藝流程簡單，容易操作，對設(shè)備要求低，綜合利用的經(jīng)濟效益較高，通過節(jié)省原料的使用，可降低二氧化硅的生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明一實施例所述的以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法中所制得的二氧化硅粉體的TEM圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0016]采用化學(xué)沉淀法制備二氧化硅的原理是:先配制一定濃度的硅酸鈉溶液，然后將四氯化硅快速滴入上述溶液中，攪拌、反應(yīng)一段時間后即可得到二氧化硅粒子，其反應(yīng)式如下:
[0017]SiCl4+2H20 = Si02+4HC1，
[0018]Na2Si03+2HCl = H2Si03+2NaCl，
[0019]H2Si03= Si02+H20。
[0020]實施例1:
[0021](1)化學(xué)沉淀法制備二氧化硅溶膠:配置0.lmol/L的硅酸鈉水溶液，其中含90重量份的硅酸鈉，室溫攪拌下向其中加入50mL的無水乙醇和5mL濃度為2.0%的非離子表面活性劑聚乙二醇，反應(yīng)溫度為50°C，待表面活性劑全部溶解后，在一定反應(yīng)溫度下將50重量份的四氯化硅液體快速滴加到硅酸鈉溶液中，使用pH計監(jiān)測溶液pH值的變化，當溶液pH值減小到10左右時，溶液開始由無色變渾濁，隨著pH值的進一步降低，最后形成乳白色溶液，直至pH值達7左右，停止滴加四氯化硅液體，繼續(xù)攪拌lh，得到二氧化硅溶膠；
[0022](2)靜置陳化:將步驟1)制備得到的二氧化硅溶膠靜置5h得到二氧化硅凝膠；保持溫度不變，靜置陳化6h，得到二氧化硅沉淀；
[0023](3)過濾洗滌:將所得沉淀過濾，然后用去離子水反復(fù)洗滌至硝酸銀檢測無氯離子，得到濾餅；
[0024](4)常壓干燥:將經(jīng)過步驟3)處理后所得的濾餅放在鼓風(fēng)烘箱中于70°C下干燥8h，再將干燥后所得到的粉末放在馬弗爐中于550°C條件下處理5h，即可得到白色粉末狀二氧化硅產(chǎn)物。二氧化硅粉末是由近似球形的二氧化硅顆粒聚集成的，粒徑分布在110?230nm，其中粒徑在170nm以下的占90%以上。
[0025]實施例2:
[0026](1)化學(xué)沉淀法制備二氧化硅溶膠:配置0.2mol/L的硅酸鈉水溶液，其中含100重量份的硅酸鈉，室溫攪拌下向其中加入100mL的無水乙醇和15mL濃度為2.5%的非離子表面活性劑聚乙二醇，反應(yīng)溫度為55°C，待表面活性劑全部溶解后，在一定反應(yīng)溫度下將60重量份的四氯化硅液體快速滴加到硅酸鈉溶液中，使用pH計監(jiān)測溶液pH值的變化，當溶液pH值減小到10左右時，溶液開始由無色變渾濁，隨著pH值的進一步降低，最后形成乳白色溶液，直至pH值達7左右，停止滴加四氯化硅液體，繼續(xù)攪拌lh，得到二氧化硅溶膠；
[0027](2)靜置陳化:將步驟(1)制備得到的二氧化硅溶膠靜置8h得到二氧化硅凝膠；保持溫度不變，靜置陳化8h，得到二氧化硅沉淀；
[0028](3)過濾洗滌:將所得沉淀過濾，然后用去離子水反復(fù)洗滌至硝酸銀檢測無氯離子，得到濾餅；
[0029](4)常壓干燥:將經(jīng)過步驟(3)處理后所得的濾餅放在鼓風(fēng)烘箱中于80°C下干燥6h，再將干燥后所得到的粉末放在馬弗爐中于600°C條件下處理5.5h，即可得到白色粉末狀二氧化硅產(chǎn)物。二氧化硅粉末是由近似球形的二氧化硅顆粒聚集成的，粒徑分布在110?220nm，其中粒徑在170nm以下的占90%以上。
[0030]實施例3:
[0031](1)化學(xué)沉淀法制備二氧化硅溶膠:配置0.3mol/L的硅酸鈉水溶液，其中含110重量份的硅酸鈉，室溫攪拌下向其中加入200mL的無水乙醇和30mL濃度為3.0%的非離子表面活性劑聚乙二醇，反應(yīng)溫度為60°C。待表面活性劑全部溶解后，在一定反應(yīng)溫度下將80重量份的四氯化硅液體快速滴加到硅酸鈉溶液中，使用pH計監(jiān)測溶液pH值的變化，當溶液pH值減小到10左右時，溶液開始由無色變渾濁，隨著pH值的進一步降低，最后形成乳白色溶液，直至pH值達7左右，停止滴加四氯化硅液體，繼續(xù)攪拌lh，得到二氧化硅溶膠；
[0032](2)靜置陳化:將步驟(1)制備得到的二氧化硅溶膠靜置10h得到二氧化硅凝膠；保持溫度不變，靜置陳化10h，得到二氧化硅沉淀；
[0033](3)過濾洗滌:將所得沉淀過濾，然后用去離子水反復(fù)洗滌至硝酸銀檢測無氯離子，得到濾餅；
[0034](4)常壓干燥:將經(jīng)過步驟(3)處理后所得的濾餅放在鼓風(fēng)烘箱中于90°C下干燥8h，再將干燥后所得到的粉末放在馬弗爐中于650°C條件下處理6h，即可得到白色粉末狀二氧化硅產(chǎn)物。二氧化硅粉末是由近似球形的二氧化硅顆粒聚集成的，粒徑分布在110?210nm，其中粒徑在170nm以下的占90%以上。
[0035]由于樣品為非晶態(tài)，部分粒子通過團聚和短頸相互連接，微結(jié)構(gòu)呈絮狀和網(wǎng)狀的準顆粒結(jié)構(gòu)；樣品的X射線衍射譜圖證明，所制得的二氧化硅粉末為無定形結(jié)構(gòu)；樣品的紅外光圖譜進一步驗證了所制備的樣品為二氧化硅；請參閱附圖1，根據(jù)樣品的透射電子顯微鏡圖譜可以看出所制備的樣品粒徑分布均勻，呈顆粒狀。
[0036]盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【權(quán)利要求】
1.一種以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)化學(xué)沉淀法制備二氧化硅溶膠:配置濃度為0.lmol/L?0.3mol/L的硅酸鈉水溶液，其中含90?110重量份的硅酸鈉，室溫攪拌下向其中加入50mL?200mL的無水乙醇和5mL?30mL的非離子表面活性劑，待表面活性劑全部溶解后，在50?60°C下將50?80重量份的四氯化硅液體快速滴加到硅酸鈉溶液中，使用pH計監(jiān)測溶液pH值的變化，當溶液pH值減小到10左右時，溶液開始由無色變渾濁，隨著pH值的進一步降低，最后形成乳白色溶液，直至pH值達7左右，停止滴加四氯化硅液體，繼續(xù)攪拌lh，得到二氧化硅溶膠； (2)靜置陳化:將步驟I)制備得到的二氧化硅溶膠靜置3?1h得到二氧化硅凝膠；保持溫度不變，靜置陳化6?10h，得到二氧化硅沉淀； (3)過濾洗滌:將所得沉淀過濾，然后用去離子水反復(fù)洗滌至硝酸銀檢測無氯離子，得到濾餅； (4)常壓干燥:將經(jīng)過步驟3)處理后所得的濾餅放在鼓風(fēng)烘箱中于70?90°C下干燥5?8h，再將干燥后所得到的粉末放在馬弗爐中于550?650 °C條件下處理5?6h，即可得到白色粉末狀二氧化硅產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法，其特征在于，所述表面活性劑為聚乙二醇。
3.如權(quán)利要求2所述的以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法，其特征在于，所述聚乙二醇的質(zhì)量百分濃度m(PEG)為2.0?3.0%。
4.如權(quán)利要求3所述的以四氯化硅制備二氧化硅粉體的方法，其特征在于，所述二氧化硅粉末是由近似球形的二氧化硅顆粒聚集成的，粒徑分布在110?230nm，其中粒徑在170nm以下的占90%以上。
【文檔編號】C01B33/12GK104477923SQ201410713621
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】張婷婷, 雷紹民, 張勛, 劉祥友, 張鳳凱 申請人:新沂市天悅石英有限公司