[发明专利]一种用硅渣制备纳米二氧化硅的方法及其改性二氧化硅

说明书

本发明涉及C01B纳米材料技术领域，更具体地，本发明提供了一种用硅渣制备纳米二氧化硅的方法及其改性二氧化硅。本发明以生产磷肥过程中产生的硅渣为硅源，其中当硅渣与高分子粘合剂处理后，通过相应的超声波雾化、高温炉、高温等离子体多重处理，与现有技术相比，制备得到的纳米二氧化硅具有优异的球形度，同时本合成工艺简单，未使用大量的酸、碱以及具有熔融作用的无机物，避免大量的酸、碱对环境的污染，进一步提高了纳米二氧化硅的纯度；且对磷肥生产过程中产生的硅渣进行回收利用，降低了环境污染同时避免了硅资源的大量损失。

技术领域

本发明涉及C01B纳米材料技术领域，更具体地，本发明提供了一种用硅渣制备纳米二氧化硅的方法及其改性二氧化硅。

背景技术

纳米二氧化硅因具有优异的补强性能、光学性能、增稠等性能，被广泛的应用于日用品、涂料、橡胶、工业助剂负载等各个领域。目前现有技术中，通常采用气相法、溶胶-凝胶法、微乳液法来制备二氧化硅，但随着工业领域的快速发展，现有技术中制备得到的二氧化硅仍会存在球形度不佳、粒径分布不均匀的缺点，不能满足工业科技日益发展的需要。

科研工作者们发现以废硅渣为原料制备二氧化硅，可以大大提高硅资源的利用率，但是现有技术中以废硅渣为原料经过一系列化学反应制备二氧化硅时，需要使用大量的酸、碱，对环境造成一定的污染。

专利公开号为CN112299423A的中国发明专利公开了一种二氧化硅制备方法及所制得的二氧化硅，在本公开专利中以多晶硅生产过程中产生的硅渣为硅源，经过一系列处理得到了纯度为99.995％的二氧化硅，但其整个合成工艺中，使用了硝酸、氢氟酸对硅渣进行预处理，这对环境造成了二次污染，同时其方案制备得到的二氧化硅球形度并未突出体现。

专利公开号为CN108569701A的中国发明专利公开了一种利用切割锆硅渣制备白炭黑的方法，在本公开专利中着重解决了现有技术中锆硅渣活性低，制备得到的二氧化硅纯度低的问题，但其合成工艺步骤繁多复杂，不利于工业领域的大规模使用推广。

因此，开发一种合成工艺简单，且制备得到的二氧化硅具有优异球形度的方法具有潜在的市场应用价值。

发明内容

为了解决上述问题，本发明以磷肥生产过程中产生的硅渣为原料，提供一种用硅渣制备纳米二氧化硅的方法，包括以下步骤：

(1)将硅渣与高分子助剂混合后置于超声波雾化器，随后将载气通入超声波雾化器中进行鼓泡、雾化，形成气溶胶；

(2)将步骤(1)所述的气溶胶经过带有水汽的高温炉，再通过气流运送到高温等离子体后，经过冷却得到所述纳米二氧化硅。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述硅渣中二氧化硅质量含量为15-70％。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述硅渣与高分子助剂的质量比为100：(1-5)。

作为本发明一种更优选的技术方案，步骤(1)所述硅渣与高分子助剂的质量比为0.7：0.9。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述载气为氦气、氖气、氩气、氮气中的至少一种。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述载气的流速为200-500mL/min。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述超声波雾化器的工作条件为：功率为150-220W，换能频率为1.5-2.5MHz，雾化速率为0.2-1mL/min。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(1)所述高分子助剂为粘结剂。

作为本发明一种优选的技术方案，所述粘结剂为聚丙烯酸酯、甲基纤维素、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇中的至少一种。