加壓碳化技術(shù)制備高性能二氧化硅材料.pdf

1、二氧化硅是一種化學性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、無味的無定型態(tài)白色或無色材料，它具有良好的分散性、消光性、補強性、絕熱性、絕緣性以及觸變性等性能，被廣泛應(yīng)用于橡膠行業(yè)、涂料行業(yè)、石油化工行業(yè)、農(nóng)藥行業(yè)以及日用化學品等行業(yè)，而各行業(yè)和新應(yīng)用領(lǐng)域的進展對二氧化硅的性能提出了更高的要求。碳化反應(yīng)和超臨界流體干燥技術(shù)作為綠色工藝技術(shù)，在納米材料的制備中既能實現(xiàn)CO2的固定，又能減少納米顆粒團聚和保護多孔納米材料的結(jié)構(gòu)，已引起了人們的廣泛關(guān)注。基于此，本文研究

2、應(yīng)用加壓（含超、亞臨界二氧化碳參與）碳化反應(yīng)結(jié)合超臨界干燥技術(shù)制備高性能二氧化硅，研究不同工藝及條件對產(chǎn)品性能的影響。
　　以硅酸鈉為硅源，采用超/亞臨界（指超、亞臨界二氧化碳參與）碳化反應(yīng)制備高孔容二氧化硅，研究硅酸鈉濃度、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度以及反應(yīng)壓力對二氧化硅孔容和比表面積的影響，用SEM、FT-IR和XRD表征制備所得二氧化硅的形貌和結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明:隨著硅酸鈉濃度的增加，二氧化硅的比表面積和孔容都減小，但是當硅酸鈉濃度過低

3、時，會影響凝膠反應(yīng)的進行;隨著反應(yīng)時間的延長，二氧化硅的比表面積和孔容都增大，但時間增加到一定值后對比表面積和孔容影響不大;隨著反應(yīng)溫度的升高，二氧化硅的比表面積和孔容先增大再減小，在35℃左右可以獲得較大孔容的二氧化硅;當壓力較低時，升高壓力有利于二氧化硅孔容的增大，但是在高壓時繼續(xù)增加CO2壓力反而會導致孔容減小。該方法可以制備得到最大孔容為5.4cm3/g，比表面積為864m2/g的無定型態(tài)二氧化硅粉末。
　　以硅酸鈉為硅源

4、，并用乙醇作為添加劑，采用超臨界碳化法制備球形納米二氧化硅，實驗主要考察了乙醇與硅酸鈉溶液體積比和反應(yīng)溫度對制備所得二氧化硅的性能的影響。用N2吸附脫附法測定二氧化硅的比表面積和孔容，用粒徑分布法分析二氧化硅的分散性能，用SEM、FT-IR和XRD表征二氧化硅的形貌和結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明:隨著乙醇用量的增加，二氧化硅的顆粒變大，并最終生成200-400nm的球形顆粒;隨著乙醇用量的增加，二氧化硅的比表面積增大、孔體積減小，但是分散性能顯著

5、提高，當乙醇和硅酸溶液體積比為4∶30時，通過超聲破碎解聚后，約78％的附聚體結(jié)構(gòu)解聚成納米顆粒;隨著反應(yīng)溫度的升高，二氧化硅的顆粒形貌基本不變，粒徑略有減小的趨勢，但是二氧化硅的比表面積和孔容都減小，分散性變差。FT-IR和XRD結(jié)果表明乙醇的加入并沒有改變二氧化硅的成鍵類型和結(jié)晶類型，但是提高了二氧化硅的聚合度。
　　以硅酸鈉和CO2為原料，采用加壓碳化反應(yīng)制備高分散沉淀二氧化硅，研究反應(yīng)壓力、反應(yīng)時間、硅酸鈉濃度和反應(yīng)溫度對

6、沉淀二氧化硅性能的影響，并將制備得到的二氧化硅應(yīng)用于輪胎胎面橡膠中，測試其補強性能。結(jié)果表明:隨著反應(yīng)壓力的升高，二氧化硅的比表面積增大，但吸油值減小;反應(yīng)時間幾乎不影響二氧化硅比表面積，但是隨著反應(yīng)時間的增加二氧化硅的吸油值增大;隨著硅酸鈉濃度的增大，二氧化硅的比表面積迅速減小，但吸油值增大;隨著反應(yīng)溫度的升高，二氧化硅的比表面積和吸油值都減小，當溫度達到90℃時，比表面積約為107m2/g，吸油值為2.1mL/g。通過粒徑分布法測定