[发明专利]一种低盐硅溶胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种低盐硅溶胶的制备方法。此方法包括使用硫酸和水玻璃生成硅溶胶，然后添加有机溶剂，通过溶析结晶使硫酸盐沉淀，获得的溶胶再次进行真空结晶使硫酸盐进一步沉淀，最后通过过滤得到低盐硅溶胶，如有需要，还可进一步将硅溶胶通过阳离子和阴离子交换树脂深度脱盐。

技术领域

本发明涉及一种低盐硅溶胶的制备方法，本发明尤其是涉及一种以硫酸和水玻璃生成硅溶胶为原料，通过溶析结晶、降温或真空结晶和离子交换之后得到低盐硅溶胶的方法。

背景技术

中国专利CN201410270352.9一种二氧化硅气凝胶材料及其制备方法中细数了目前制备二氧化硅气凝胶的在使用以水玻璃为硅源时在降低成本、质量以及工艺之间的一些问题。例如单纯低温晶析无法降低盐含量；离子交换树脂交换容量有限，无法连续生产，再生有水污染需处理；水洗耗水大，耗时长且需要污水处理；电极除盐电极成本较高。该专利最后给出了采用有机溶剂溶析结晶硅溶胶中金属盐的方法制备低盐硅溶胶的技术方案。不过此技术方案并非该专利首创。

最早采用溶析结晶制备低盐硅溶胶的专利为US2285449，主要流程为硫酸与水玻璃反应生成含盐水硅溶胶，通过添加乙醇溶析结晶，然后去除Na₂SO₄·10H₂O沉淀，即可得到低盐硅溶胶。US2285477进一步细化和完善了US2285449的工艺。US2433776在之前的两个专利之上，提出了通过添加额外有机溶剂作为水的夹带剂，然后蒸馏降低硅溶胶水含量，最后制得低水含量、低含盐量的有机溶剂硅溶胶。此法需要蒸馏大量含水溶剂，后续含水溶剂脱水又需要处理，能耗代价非常高。US3051657提出了在US2285477的产物的基础上，分别通过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂降低硅溶胶中硫酸钠的含量，最后制得含硫酸钠含量100ppm以下的硅溶胶。以上四份孟山都公司的硅溶胶制备专利主要目的是为了制作气凝胶，实际上对于生产高比表面积二氧化硅、硅胶也可以使用此方法作为硅源。

然而，在采用US2285477的方案时，往硫酸与水玻璃反应生成含盐水硅溶胶中添加有机溶剂时，非常容易产生不溶于水溶液的二氧化硅沉淀。Na₂SO₄·10H₂O晶种添加剂量、大小不合适，往水硅溶胶中滴加乙醇溶液速度稍快，或是往乙醇溶液中滴加水硅溶胶速度稍快，均会产生一定量的二氧化硅絮状物沉淀，大幅降低硅溶胶的过滤速度。虽然最后也能得到低盐含量硅溶胶，但是硅溶胶的生产效率或产率大幅降低。沉淀是二氧化硅和Na₂SO₄·10H₂O的混合物，想要再利用必须添加额外的工序。这产生沉淀的现象，上述几个专利均未提及，必须通过额外的手段避免该沉淀现象。目前，溶析法除盐制备硅溶胶并未被广泛采用，常用方法还是单质硅溶解、离子交换、烷氧基硅烷水解等方法。

上述有机溶剂溶析硫酸钠的过程中二氧化硅沉淀产生的原因需从硫酸钠的性质说起。Na₂SO₄·10H₂O是一种无机水合盐相变材料，其相变点为32.4℃。高于32.4℃时，Na₂SO₄·10H₂O会转化为Na₂SO₄和饱和Na₂SO₄溶液，Na₂SO₄不具有干燥剂的性质无法吸水。而低于32.4℃时，Na₂SO₄有强烈的倾向吸水变为Na₂SO₄·10H₂O，这也是无水Na₂SO₄常被当作是有机溶剂的干燥剂的原因。