[发明专利]撞击流制备纳米二氧化硅

说明书

本发明提供了一种撞击流法制备纳米二氧化硅的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将二氧化硅胶体配置成二氧化硅乳浊液；(2)将二氧化硅乳浊液置于高压射流装置进行喷射，喷射后形成湍流流体体系，使之形成纳米雾化液滴，同时开启冷冻气流吹扫纳米雾化液滴，使形成的纳米液滴迅速固化；(3)收集固化后的纳米二氧化硅产品，减压升温至常温常压后得最终纳米二氧化硅产品。撞击流法制备纳米二氧化硅成本低，操作简单，产品质量与收率得到极大提高，可以准确控制产品中的含水量，有利于工业生产。

技术领域

本发明涉及纳米二氧化硅制备技术领域，特别是涉及一种采用撞击流法制备纳米二氧化硅及其制备方法。

背景技术

二氧化硅在工业应用领域中有着不可替代的作用。它是一种无定形粉状物，由于二氧化硅活性高，具有优秀的补强性、稳定性、触变性和增稠性，被广泛应用于橡胶、塑料、涂料、医药、日用化工等诸多行业。高品质二氧化硅目前主要由气相法生产，其工艺主要被国外生产巨头德固赛、卡博特、德山等垄断。由于气相法二氧化硅生产工艺复杂，成本高，条件苛刻，国内虽然也有企业能够生产气相法二氧化硅产品，但受诸于技术和设备要求还不能大批量生产，同时我国气相法二氧化硅质量与国外同类产品还有很大差距。因此国内在二氧化硅生产领域仍然以沉淀法为主。

沉淀法二氧化硅制备工艺虽然简单，所需成本不高，但因为本身生产方法的局限性无法做到纳米级产品产出。为了得到与之相媲美的优异性能，国内更多的研究集中于对沉淀法二氧化硅产品进行技术改性。改性方法主要有两个方向：一是加入表面活性剂对白炭黑表面羟基进行改性；另外一种方法是的将白炭黑表面进行碳化以获得高分散、疏水性能。由于改性是加入了其它物质，最终形成的产物偏离了二氧化硅正常性质，只能专一的应用于某一特殊领域，在某些方面限制了其应用。如专利CN105836749中介绍的二氧化硅表面覆碳纳米管类的二氧化硅表面覆碳类改性专利、专利CN110746794中报道的表面活性剂和高分子材料对二氧化硅表面羟基进行改性类的二氧化硅表面羟基改性类专利等；少许科研单位钻研于生产方式的改进，例如在生产过程中采用加入表面活性剂的方法减少金属离子影响，如北京化工大学硕士毕业论文《纳米白炭黑的可控制备与应用》中提到的生产过程中加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇6000等。但加表面活性剂的引入容易造成生产过程的二次污染。因此在沉淀法制备二氧化硅过程中采用新的技术制备微纳米级二氧化硅的研究具有重大生产价值。

撞击流技术首先由Elperin提出，随后在Tamir研究中得到极大的发展。相互对撞的流体不仅具有很大的相对运动速度，同时在撞击处能够产生高湍动强度的混合区，这使得撞击流设备的混合强度以及传质系数远远超出了传统化工设备。经过多年研究，撞击流技术在粉体干燥、气体吸收、液液萃取、颗粒制备等诸多领域得到了应用。在工业应用中，撞击流设备结构简单、操作方便，应用前景广阔。其原理是两股反相流体高速撞击，结果在加速管之间形成一个高速湍动的撞击区域，流体在撞击面上轴向速度趋近于零并转为径向流动，颗粒可籍贯性的渗入反向流并在开始渗入的瞬间相对速度达到极大值，随后在湍流作用下通过漩涡的形成、相互作用和消亡，将能量从最大尺度分散到最小尺度。简单说来，就是有序的流体流动会形成一个个的漩涡，这些漩涡会相互作用，分裂成更小的漩涡，然后更小的漩涡继续相互作用，如此等等，这种作用的好处是将能量点不断地向物质内部全方位立体发散，不断级联，能量不再集中于空间某点，湍流存在使机械能、化学能或其它形式的能量充分作用到微观尺寸，实现能量的内部传递。如专利CN107720869中发明的一种扰动湍流床，充分利用湍流能量级联分散作用原理，制备的湍流床体积更小，处理效率更高；专利CN209849102发明的一种强制湍流矿化反应装置，利用湍流发生器产生湍流，将机械能转化为强制剪切力，从而提高了浮选矿化反应效率；专利CN209663879中发明的湍流发生结构，充分发挥湍流优势，提高了能量的利用率，安全快速。已经证明，撞击流是强化相间传递，尤其是外扩散传递过程最有效的方法之一，传递系数可比一般方法提高数倍到十几倍，这一特性受到普遍关注。近年来，人们开始将这一特性用于制取超细粉体等，已显示出巨大应用潜力，该领域的研究有迅速增长趋势。