氯硅烷残液水解制备二氧化硅防团聚研究

发布时间：2018-04-06 02:01

本文选题：氯硅烷残液　切入点：二氧化硅　出处：《昆明理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：随着我国市场经济的快速发展,二氧化硅作为一种无机非金属材料,表现出强吸附能力、耐高温、化学性质稳定等优良性能而被广泛应用。在生产二氧化硅时由于一次粒子粒度小、表面原子比例大、比表面积大、表面能大、处于能量不稳定状态,因而很容易凝聚和团聚,使粒子粒径变大、颗粒形貌各异,影响着二氧化硅的应用。氯硅烷残液作为多晶硅产业中的一种副产物具有产量大、化学性能不稳定的特点,水解氯硅烷残液可以快速地生成二氧化硅与氯化氢,但该法得到的二氧化硅团聚现象严重,质量普遍较差,杂质较多,因此目前国内大部分企业针对氯硅烷残液成分中的硅、氯两种元素回收利用现状主要偏重回收氯元素,通常采用碱液中和的处理办法回收氯盐,造成硅元素的资源浪费。针对这些问题,本文开展了在氯硅烷残液水解制备二氧化硅的防团聚研究,以改进产物的分散性,获得质量较好的二氧化硅。通过对氯硅烷残液液-液水解和气-液水解反应方式以及含酸硅胶的洗干燥后处理制备二氧化硅粉末的研究发现:1)当残液以液滴接触水时,残液液滴表面分子间会竞争水分子并迅速发生剧烈反应产生局部高温而使得快速地在残液液滴表面形成大量的二氧化硅一次粒子固体,并迅速地抱团聚集而形成不规则的蓬松片二氧化硅,其内部包裹着氯硅烷残液阻碍了残液与水的接触,使得水解反应不完全,产物二氧化硅的一次粒子受到局部化学能的冲击造成二氧化硅粒子的硬团聚现象发生,使其粒径变大,影响产物的质量。而气-液接触反应的水解方式生产二氧化硅产物呈现出颗粒状且分散性好,但颗粒受到分子间的静电力或范德华力作用在短时间内(小于2h)仍然会聚合团聚;2).用水洗涤脱酸并配合微量的碱液洗涤(pH=9)可以控制二氧化硅粒径在2μm左右,而洗涤至中性或酸性状态时二氧化硅的粒径高于100μm;3).干燥温度等条件的改变对已经团聚的二氧化硅质量影响不大;在氯硅烷残液水解实验中采用了一种利用光学显微镜与扫描电子显微镜互补的方法对二氧化硅样品进行团聚图像形态检验,利用光学显微镜检验反应液中二氧化硅的颗粒状态可以更加快速高效地得出是否发生团聚结论,且更加经济实惠,可用于关于氯硅烷残液水解制得二氧化硅团聚行为的研究。研究筛选出丙三醇位阻剂应用到水解体系中,利用其高粘度的性质能够起到阻碍二氧化硅快速移动而结合团聚的作用,可以延长位阻剂的作用时间2h左右,使所得到的二氧化硅一次粒子变得圆润、饱满、颗粒特性明显;但位阻剂对产物二氧化硅一次粒子的阻碍作用是有时间限制的,随着时间的迁移,二氧化硅由于其本身的性质决定了颗粒之间还是会相互结合团聚的;研究还发现单独地在水解体系中引入电解质药剂对产物二氧化硅的物性没有较大的改变,但引入电解质氯化铵能使有位阻剂丙三醇存在的二氧化硅颗粒形成双电层,达到进一步延长位阻剂的作用时间,其电解质的用量决定着二氧化硅粒子双电层形成是否完善,进而影响位阻剂的作用时间长短。单位体积的水解液中残液进量越少,位阻剂的作用时间越长,位阻剂添加量占总体积一半左右,位阻剂的作用才能体现出来,控制好位阻剂的添加量与残液进量的等比关系,位阻剂的作用才能最优发挥。对研究改进气-液水解反应体系原理进行分析发现:向该体系添加黏度大,性质稳定的位阻剂后发现产物二氧化硅的颗粒在更加圆润光滑,颗粒分散程度更加明显,且药剂的附着力有效的牵制了分子间的力使得二氧化硅颗粒聚合团聚的时间延长至6h左右。同样,位阻剂的作用时间长短还会受到搅拌等一些条件影响,搅拌能够延长位阻剂的作用1h左右。本文在氯硅烷残液水解体系中引入位阻剂和电解质,采用气-液反应方式水解制备二氧化硅,能有效解决二氧化硅团聚问题,能够实现氯硅烷残液硅元素高附加值回收利用,变废为宝减少环境污染具有重大的现实意义。
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【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ127.2

【参考文献】