[发明专利]一种以高纯四氯化硅为原料制备高纯纳米二氧化硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以高纯四氯化硅为原料制备高纯纳米二氧化 硅的方法。

背景技术

高纯二氧化硅通常是指二氧化硅中含有的金属杂质含量特别 低，一般在10ppm乃至1ppm以下，其用途主要是用作集成电路封 装剂的填料和制造高纯石英玻璃、光纤光学仪器、二氧化硅膜以 及低成本太阳能级多晶硅的原料。随着光伏产业的迅猛发展，太 阳能级多晶硅生产技术的不断进步，高纯二氧化硅微分的需求不 断增加。

目前制备纳米二氧化硅粉体的方法主要有以下几种：(1)四 氯化硅高温气相氧化法：该法的缺点是需在大于1000℃的高温进 行，设备投资大、颗粒大，产品纯度难以达到要求；(2)以硅酸 盐为原料的化学沉淀法、碳化反应法、反胶束溶液法，这些方法 虽然原料成本低，但都存在生产工艺复杂、产品纯度不易控制等 缺点；(3)以硅溶胶为原料喷雾干燥法或胶凝-干燥法，生产工艺 简单，但由于作为原料的商业硅溶胶中，金属杂质含量较高，难 以除去，产品纯度低，若采用昂贵的高纯硅溶胶为原料也会导致 生产成本高；(4)以硅酸乙酯(ETOS)为原料的溶胶-凝胶法， 是硅酸乙酯经过水解生成二氧化硅溶胶、凝胶，再经过高温处理 制得二氧化硅超细粉体，产品纯度高、可将金属离子含量控制在 10ppm以下，缺点是原料硅酸乙酯价格昂贵，导致生产成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以价格较低的四氯化硅 为原料制备高纯纳米二氧化硅的方法，该方法不引入金属杂质， 生产工艺简单、设备投资少，生产成本较低，易于工业化生产

本发明的技术解决方案是：

一种以高纯四氯化硅为原料制备高纯纳米二氧化硅的方法， 其特殊之处是：在-20～20℃温度下，将高纯四氯化硅在搅拌下加 入到无水乙醇或甲醇溶剂中，四氯化硅与无水乙醇或甲醇的体积 比为4∶1～1∶2；再按设定的反应计量比滴加入含有0.1～0.5wt％ 聚乙烯醇的超纯水-乙醇或甲醇溶液，所述的四氯化硅与超纯水的 摩尔比为1∶3.6～1∶4.4，超纯水与乙醇或甲醇的体积比为2∶ 1～1∶2，所述的乙醇或甲醇为无水乙醇或甲醇，也可为95％乙醇 或95％甲醇，生成无色透明硅溶胶，陈化或减压浓缩，得到无色 透明凝胶；将无色透明凝胶在搅拌下用无水乙醇或甲醇进行醇洗 脱酸至pH值升至4～7，然后过滤，再进行冷冻干燥脱醇得到高 纯纳米二氧化硅粉体；醇洗过滤出的乙醇或甲醇及冷冻干燥脱出 的乙醇和甲醇，经过精馏得乙醇或甲醇和氯化氢，乙醇或甲醇返 回重复使用。

上述的以高纯四氯化硅为原料制备高纯纳米二氧化硅的方 法，精馏出的氯化氢用超纯水吸收得到高纯盐酸。

该方法的优点是：采用的原料价格低，生产中不引入金属杂 质，生产工艺简单、设备投资少，生产成本较低，易于工业化生 产。制得的高纯纳米二氧化硅的纯度达到99.999％以上、粒径均 匀可达20-80nm，产品金属离子含量10ppm以下，纯度容易控制， 易于工业化生产。

具体实施方式

实施例1

20℃时，向200ml无水乙醇中滴加入100ml四氯化硅(纯度 为99.9999％)；搅拌下，按设定的反应计量比滴加入含有0.5wt％ (以超纯水-乙醇溶液的总重量计)聚乙烯醇的超纯水-乙醇溶液， 所述的乙醇为无水乙醇或95％乙醇，四氯化硅/超纯水的摩尔比为 1∶3.6，超纯水/乙醇体积比为1∶2，生成无色透明溶胶，陈化， 得到无色透明凝胶；将无色透明凝胶在搅拌下用无水乙醇醇洗脱 酸至pH值为4，然后过滤，再进行冷冻干燥脱醇得到高纯纳米二 氧化硅粉体，测得高纯纳米二氧化硅的纯度为99.9995％、平均粒 径为75nm。

醇洗过滤出的乙醇和甲醇及冷冻干燥脱出的乙醇和甲醇经过 精馏，得乙醇或甲醇和氯化氢，乙醇或甲醇返回重复使用。精馏 分出的氯化氢用超纯水吸收得到高纯盐酸。

实施例2

10℃，向100ml无水乙醇中滴加入100ml高纯四氯化硅；搅 拌下，按设定的反应计量比滴加入含有0.3wt％聚乙烯醇的超纯水- 乙醇溶液，所述的乙醇为无水乙醇或95％乙醇，四氯化硅/超纯水 的摩尔比为1∶4，超纯水/乙醇体积比为2∶1，生成无色透明溶 胶，陈化，得到无色透明凝胶；将无色透明凝胶在搅拌下用无水 乙醇醇洗脱酸至pH值为6，然后过滤，再进行冷冻干燥脱醇得到 高纯纳米二氧化硅粉体，测得高纯纳米二氧化硅的纯度为 99.9991％、平均粒径为80nm。