[发明专利]一种氯硅烷水解的方法

说明书

技术领域

本发明属于化合物水解领域，特别涉及一种对氯硅烷进行水解的方法。

背景技术

硅烷(SiH4)中的氢原子被氯原子取代后，总称为氯硅烷，通式为HnSiCl4-n，式中，n＝0，1，2，3，因此氯硅烷包括一氯硅烷、二氯硅烷、三氯氢硅(三氯硅烷)和四氯化硅。随着我国多晶硅和有机硅行业的发展，副产物氯硅烷由于产量高、毒性大而成为严重的环境隐患。目前所述副产物氯硅烷，特别是四氯化硅的主要处理途径是用于生产气相白碳黑、硅酸乙酯、有机硅以及氢化还原为三氯氢硅，但这些途径仍然难以消化大量的四氯化硅，并且投资大、技术复杂或者成本高。

申请号为200810044476.X的中国专利申请公开了一种“三氯氢硅生产过程中四氯化硅的回收利用方法”，该方法采用稀盐酸对四氯化硅进行水解。申请号为200510043027.X的中国专利申请公开了“一种纳米级二氧化硅粉体的制备方法”，该方法采用将四氯化硅直接加入到去离子水中反应来水解四氯化硅，并对生成的硅酸分级提取、干燥得到不同尺寸的二氧化硅粒子。由于氯硅烷在水或稀盐酸中水解得到的以亲水性硅酸为主的沉淀中含有大量的水(含水量超过100wt％)，因此要得到干燥的二氧化硅粉体需要较高的能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种氯硅烷水解的方法，以降低氯硅烷水解所获二氧化硅/硅酸渣的含水量，从而节约能源，降低生产成本。

本发明所述氯硅烷水解的方法，其工艺步骤如下：

(1)配制乳状液

以乳化剂、水、与水不相溶的溶剂为原料，乳化剂质量∶水的质量＝0.005～0.2∶1，水的体积∶与水不相溶的溶剂的体积＝0.05～0.9∶1，在常压、室温(室内自然温度)下将乳化剂、水、与水不相溶的溶剂混合均匀，即形成乳状液；

(2)配制氯硅烷溶液

以氯硅烷、与水不相溶的溶剂为原料，氯硅烷体积∶与水不相溶的溶剂的体积＝1∶1～25，在常压、室温(室内自然温度)下将氯硅烷、与水不相溶的溶剂相混合，即形成氯硅烷溶液；

(3)水解反应

以步骤(1)配制的乳状液和步骤(2)配制的氯硅烷溶液为原料，所述乳状液与氯硅烷溶液的配比为乳状液中水的摩尔数∶氯硅烷溶液中氯硅烷的摩尔数＝1∶0.2～2，将所述乳状液与氯硅烷溶液相混合，在常压、室温(室内自然温度)～50℃反应1分钟～120分钟，即生成含水量小于60wt％的二氧化硅/硅酸粉粒和氯化氢气体。

本发明所述氯硅烷水解的方法，配制乳状液所用乳化剂为亲水亲油平衡值(简称HLB)小于20的酸、酯、醚中的至少一种，优选亲水亲油平衡值为3～9的酸、酯、醚，如Span系列、HLB为5的聚氧乙烯油醇醚、单硬脂酸甘油酯等。

本发明所述氯硅烷水解的方法，配制乳状液和配制氯硅烷溶液所用溶剂为在一个标准大气压下沸点为30℃～250℃的有机溶剂。所述有机溶剂为戊烷、正己烷、环己烷、庚烷、辛烷、石油醚、石脑油、溶剂油、汽油、煤油、柴油中的至少一种，优选正己烷、环己烷、石油醚、溶剂油、煤油。配制乳状液和配制氯硅烷溶液所选择的具体有机溶剂可以相同，也可以不同，优选相同。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述氯硅烷水解的方法，其水解直接产生的二氧化硅/硅酸粉粒的含水量不超过60wt％，与现有技术相比，有效降低了氯硅烷水解所产生的二氧化硅/硅酸粉粒的含水量。

2、本发明所述方法工艺简单，所用设备为常规设备，有利于实现工业化生产。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明所述氯硅烷水解的方法作进一步说明。

实施例1

本实施例的工艺步骤如下：

(1)以1.6克Span20(乳化剂)、10mL自来水、30mL正己烷(溶剂)为原料，在室温、常压下将Span20、自来水和正己烷混合均匀，即形成乳状液；

(2)以40mL四氯化硅和50mL正己烷(溶剂)为原料，在室温、常压下将四氯化硅加入到正己烷中并搅拌均匀，即形成四氯化硅溶液；

(3)在搅拌下将步骤(1)配制的乳状液加入到步骤(2)配制的四氯化硅溶液中(水与四氯化硅的摩尔比约为1∶0.6)，于常压、50℃回流30分钟，回流时间届满后，从反应料液中过滤出二氧化硅/硅酸粉粒，当二氧化硅/硅酸粉粒所含正己烷挥发后测得其含水量为20wt％，在150～200℃烘干得到二氧化硅粉末。反应过程中产生的氯化氢气体经除去其中的四氯化硅后用水吸收得到31wt％的浓盐酸。

实施例2