【正文】 在此論文完成之際，謹(jǐn)向大學(xué)四年的老師們致以崇高的敬意和衷心的感謝 ! 。大學(xué)四年來，各位任課老師在我學(xué)習(xí)和生活上給予了引導(dǎo)和無微不至的關(guān)懷。材料與表面處理技術(shù)， 2021， 8182． [9] 王子枕，王莉瑋，趙敬哲，等．沉淀法合成高比表面積超細(xì) Si02．無機(jī)材料學(xué)報(bào)， 1997， 6(3)： 393． [10] 孫道興．硅溶膠制備納米二氧化硅的工藝研究 [J]，青島科技大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 )，2021， 29(4)： 291293， 301． [11] 魏建東，盧愛軍，王雪清，等．離子液體中合成二氧化鋯 (Zr02)的研究 [M]．無機(jī)鹽工業(yè)， 2021， 15． [12] 劉忠義，王莉瑋，王子枕．硅酸鈉法合成高比表面多孔二氧化硅．高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，1998： 8589． [13] 楊修造，顧俊杰，戴邦忠．用氯化鈉制備納米超細(xì)二氧化硅微粒的研究．化學(xué)世界 ． [14] 萬永敏，張少明．超分散劑的合成及其對(duì) SiO2微粉分散穩(wěn)定性的影響 [M]． 2021： 15，23． [15] 盧芳儀，盧愛軍．秸稈灰制高純二氧化硅的研究 [J]．糧食與飼料工業(yè) ， 2021(06)， 89 [16] 徐洪耀，暴玉萍．改性 SiC微粉復(fù)合粒子的制備與表征．化學(xué)世界 ， 1999． [17] 王玉現(xiàn)，超微粉碎技術(shù)及其設(shè)備在糧油加工中的應(yīng)用 [J]．糧食與飼料工業(yè)， 2021， (06)：1011． 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致謝 24 致謝 本文是在我的導(dǎo)師李亮副教授悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的。采用夾 帶入雜質(zhì)的超音速氣流粉碎機(jī)解決經(jīng)過烘干的微粉出現(xiàn)團(tuán)聚結(jié)塊現(xiàn)象。在靜態(tài)條件下置于 105177。 ⑤ 將析出的白色料漿與溶液用離心法進(jìn)行分離，為了得到純度最高的 Si02微粉 凝膠 ，重復(fù)用離心法反復(fù)洗滌去除可溶性鹽，直至濾液電導(dǎo)率達(dá) 0左右，確定溶液完全洗凈可溶性鹽。向反應(yīng)完的體系滴加 mg/L的硫酸 進(jìn)行酸化，至溶液 pH值在 5～ 6。 5℃，反應(yīng)確定為 45min左右。 ③ 加入 1 mol/L 能使粒徑范圍都比較集中而且更小 NaCl 作為添加劑，用量小且分散穩(wěn)定效果好的 150 mg/L 超分散劑聚乙二醇。 。其主要原理：反應(yīng)釜中，硅酸鈉在酸性條件下沉淀， 用水玻璃與硫酸在添加劑和表面活性劑的共同作用下反應(yīng)制備二氧化硅 微粉 。 改良的化學(xué)沉淀法與物理粉碎法的結(jié)合制備出的 Si02微粉可以得到高質(zhì)量納米級(jí)的 Si02。 ③物理性。 ②低溫性。 超音速氣流粉碎機(jī)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 制備二氧化硅微粉工藝流程設(shè)計(jì) 21 ①無污染。 有很多種粉碎設(shè)備本工藝選擇超音速氣流粉碎機(jī)一次粉碎即可，因?yàn)槌羲贇饬鞣鬯闄C(jī)不會(huì)帶入其它雜質(zhì)，不會(huì)影響 Si02微粉的質(zhì)量。 粉碎設(shè)備選擇 經(jīng)過烘干的微粉出現(xiàn)團(tuán)聚結(jié)塊現(xiàn)象，傳統(tǒng)沉淀法為簡單的粉碎，沒經(jīng)過機(jī)械粉碎制備出的 Si02微粉質(zhì)量將會(huì)大大下 降，所以必須對(duì)微粉進(jìn)行粉碎以打開結(jié)塊體，原則是粉碎不能再次引入雜質(zhì)。再在靜態(tài)條件下置于烘箱中干燥，溫度不宜過高，太高將會(huì)破壞 Si02微粉 分子結(jié)構(gòu)， 105177。 綜上選擇將析出的白色料漿與溶液 用離心法進(jìn)行分離，為了得到純度最高的Si02微粉凝膠，重復(fù)用離心法反復(fù)洗滌去除可溶性鹽，直至濾液電導(dǎo)率達(dá) 0左右，確定溶液完全洗凈可溶性鹽?？梢宰鳛楣I(yè)生產(chǎn)的方法，缺點(diǎn)是在高速旋轉(zhuǎn)的離心場中固相顆粒很容易與器壁黏附，對(duì)循環(huán)操作造成困難。反復(fù)以上操作②、③數(shù)次，直到 PH 值為 7 為止。③將細(xì)粉懸浮液通入管式離心機(jī)中脫水，收集細(xì)粉漿體。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 制備二氧化硅微粉工藝流程設(shè)計(jì) 20 步驟為：①取酸洗液放入塑料桶中，在電動(dòng) 攪拌器的作用下，向塑料桶中加入適量的弱堿，調(diào) PH 值為 5。如果作為工業(yè)生產(chǎn)，由于微粉粒度很小，沉降速度很慢，則除雜周期太長，效率太低。 ④繼續(xù)加水、攪拌、自由沉降、抽取上清液，反復(fù)以上操作數(shù)次，直到 PH 值為7。 ②在電動(dòng)攪拌器的作用下，向塑料燒杯中加入適量的弱堿，調(diào) PH 值為 5。 (1)重力沉降法 重力沉降法的原理是斯托克斯沉降公式，微粉顆粒依靠自身的重力在水介質(zhì)中自由沉降，在一定時(shí)間之后，微粉懸浮液上層澄清，排掉上清液，雜質(zhì)離子也隨上清液脫離微粉。本工藝選擇更加方便且除雜效果更好的水洗工藝。 設(shè)計(jì)在 酸化結(jié)束再使其在 40～ 50℃溫度下恒溫陳化 100min時(shí)間。 陳化設(shè)計(jì) 傳統(tǒng) 工藝 制備出的二氧化硅微粉粒徑較大，且產(chǎn)量 較低 ，是因?yàn)?體系同時(shí)生成了小顆粒的溶膠和大顆粒的凝膠，因此增加陳化這一工藝流程。設(shè)計(jì) PH在 5～ 6，使所得產(chǎn)品的二氧化硅純度最高且不浪費(fèi)硫酸。因此必須確定微粉浮液的固含量。 酸化處理及 PH設(shè)計(jì) 酸化目的一方面是為了將反應(yīng)體系殘余的堿反應(yīng)完全，另一方面在 弱酸性條件下，二氧化硅更容易洗滌除去原料中的非金屬化合物。當(dāng)反應(yīng)超過 lh 時(shí)納米粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象變嚴(yán)重，并逐漸從物理吸附為主的軟團(tuán)聚狀態(tài)，轉(zhuǎn)變成為以化學(xué)鍵為主的硬團(tuán)聚狀態(tài)。 5℃。溫度繼續(xù)升高，晶粒的生長速率較快， Si02微粉粒徑隨溫度升高而增大 [15]。溫度的升高將會(huì)增加布朗運(yùn)動(dòng)，使小分子相互碰撞幾率增大，當(dāng)溫度在 30～ 40℃左 右時(shí)，在該區(qū)間，溫度較高時(shí)，布朗運(yùn)動(dòng)劇烈，小粒子發(fā)生碰撞或擴(kuò)散的機(jī)率變大，便越容易形成大粒子，粒徑隨溫度上升而增大。 反應(yīng)溫度和時(shí)間設(shè)計(jì) 反應(yīng)溫 度是溶劑熱體系的重要參數(shù)，對(duì)體系結(jié)晶動(dòng)力學(xué)有重要影響。據(jù)圖 [14]，當(dāng) PSE質(zhì)量濃度為 150 mg/L時(shí)SiO2微粉粒徑較小，本工藝選擇聚乙二醇為超分散劑的質(zhì)量濃度為 150mg/L。選擇聚乙二醇為超分散劑。 另外，由于聚丙烯酸鏈上有 C0OH基團(tuán)，它易同顆粒表面發(fā)生作用，致使溶劑化鏈在顆粒表面形成環(huán)形吸附，而不能形成足夠厚的吸附層；且 COOH基團(tuán)易吸附在其他顆粒上，引起架橋絮凝，而聚乙二醇鏈上沒有親固基團(tuán)，不會(huì)發(fā)生以上 2種情況。 表 超分散劑 PSE系列 聚合物 錨固段 溶劑化鏈 結(jié)構(gòu)單元 錨固基團(tuán) PSE1 聚硅 氧烷 OH 聚乙二醇 PSE2 OH 聚丙烯酸 PSE3 COOH 聚乙二醇 PSE4 COOH 聚丙烯酸 PSE5 (CO)2O 聚乙二醇 PSE6 (CO)2O 聚丙烯酸 在 6種超分散劑表 ，以聚乙二醇為 溶劑化鏈的超分散劑的分散效果比聚丙烯酸為溶劑化鏈的超分散劑要好。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 制備二氧化硅微粉工藝流程設(shè)計(jì) 17 （ 2） 超分散劑（表 為超分散劑結(jié)構(gòu)組成）是特殊設(shè)計(jì)的一類新型、高效的聚合物分散劑。 Si02顆粒剛進(jìn)入水中時(shí)，濃度較大，有效碰撞次數(shù)很多，同時(shí)大顆粒優(yōu)先沉降，因此沉降速率較快。它們的表面性質(zhì)會(huì)由于粉體表面原子數(shù)的成倍增長，其表面活性急劇增強(qiáng)而團(tuán)聚在一起，團(tuán)聚體的存在 嚴(yán)重影響超細(xì)粉體和最終產(chǎn)品的性能。濃度，即濃度可以大但不能小，設(shè)計(jì)為 NaCl 濃度為 1 mol/L。 NaCl 資源豐富，來源廣泛，更加經(jīng)濟(jì)， 因此本工藝選擇加 NaCl作為添加劑。的損失，增加了體系的穩(wěn)定性 [9]。當(dāng)加入能完全電解氯化鹽時(shí)， Si02還可以通過 表面吸附的水合陽離子的橋聯(lián)作用而凝聚形成硅溶膠，干燥得到粒徑更小的 的 Si02微粉 ，即用陽 離子代替 H177。成膠后隨著體系 PH 值的進(jìn)一步降低，吸附 H177。選擇不同的添加劑，可生成不同性能的產(chǎn)品。 表 Na2SiO3儲(chǔ)備液濃度凝膠量的影響 Na2SiO3儲(chǔ)備 液濃度 mol/L 凝膠量 無 無 少量 大量 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 制備二氧化硅微粉工藝流程設(shè)計(jì) 16 添加劑選擇設(shè)計(jì) 要想制得理化性能較好的 二氧化硅微粉，添加劑的種類的選擇與量的確定十分重要，因?yàn)樘砑觿┛梢杂脕砜刂屏Ｗ拥奈⒂^結(jié)構(gòu)。硅酸鈉儲(chǔ)備液濃度太小，生成的晶粒太少，容易長大為網(wǎng)狀二次粒子，不利于控制二氧化硅的粒徑， 而且硅酸鈉儲(chǔ)備液濃度的太大， 容易形成 比溶膠粒徑更大的 以絮狀結(jié)構(gòu)沉淀出來的 Si02凝膠 ，制得 二氧化硅微粉粒徑 會(huì)很大 。 根據(jù)本工藝反應(yīng)原理 式 ，同時(shí)為了不破壞儲(chǔ)備液體系的 PH 穩(wěn)定，加入同硅酸鈉儲(chǔ)備液相同濃度的硫酸反應(yīng)，即硅酸鈉儲(chǔ)備液和硫酸 的體積為 1:1， 所以將酸鈉儲(chǔ)備液的 加入反應(yīng)釜的填充度設(shè)計(jì)為 40%。填充度 (體系反應(yīng) 液占反應(yīng)釜的體積 )是水熱與溶劑熱反應(yīng)的重要參數(shù)。 加料方式的選擇與設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)制備 二氧化硅微粉工藝為 同時(shí)加入水玻璃和硫酸反應(yīng)，容易出現(xiàn)瞬間反應(yīng)物濃度和 PH 值變化（即 瞬間反應(yīng)環(huán)境變化 ），影響產(chǎn)物質(zhì)量，本工藝選擇先加入硅酸鈉儲(chǔ)備液。為得到較小的 Si02原生粒子 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 制備二氧化硅微粉工藝流程設(shè)計(jì) 15 和避免局部 PH值的變化，本工藝將 硅酸鈉儲(chǔ)備液 配成弱堿性 8177。反應(yīng)底液將決定反應(yīng)在什么 PH值下進(jìn)行，當(dāng)?shù)滓?pH值選擇在酸性范圍內(nèi)，二氧化硅分子很難成核，易成溶膠，甚至反應(yīng)完畢也得不到沉淀產(chǎn)物。 鑒于 PH值 對(duì) 制備二氧化硅微粉工藝 的分析，為了避免局部 pH值的變化對(duì)二氧化硅微粉質(zhì)量的影響。在酸性環(huán)境中溶液的分散性、穩(wěn)定性較差，粒子也容易團(tuán)聚 [10]。 圖 反應(yīng)釜 硅酸鈉儲(chǔ)備液 pH的設(shè)計(jì) 當(dāng)沉淀溶液的 PH值≥ 7時(shí)，由于硅酸的聚合速率較快，能在一定的時(shí)間內(nèi)形成合適的過飽和度，可以得到希望粒徑的產(chǎn)品。 ④ 隔套上部裝有測(cè)速線圈，連成一體的攪拌器與內(nèi)磁環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)速線圈便產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電勢(shì)與攪拌轉(zhuǎn)速相應(yīng)，該電勢(shì)傳遞到轉(zhuǎn)速表上，便可顯示出攪拌轉(zhuǎn)速。攪拌器由伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)。 ② 釜蓋上裝有壓力表，爆破膜安全裝置，汽液相閥，溫度傳感器等，便于隨時(shí)了解釜內(nèi)的反應(yīng)情況，調(diào)節(jié)釜內(nèi)的介質(zhì)比例，并確保安全運(yùn)行。 反應(yīng)釜（ 圖 ） 由反應(yīng)容器、攪拌器及傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻裝置、安全裝置、加熱爐等組成。 用兩種方法生產(chǎn)的 硅酸鈉 都容易帶入金屬金屬氧化物或非金屬氧化物，所以制備二氧化硅微粉工藝必須有出除雜流程。其性質(zhì)隨著成品中氧化鈉和二氧化硅的比例而不同。本工藝流程設(shè)計(jì)如圖 圖 制備二氧化硅微粉工藝流程設(shè)計(jì) 原材料和設(shè)備的選擇 （ 1）本工藝選擇水玻璃又稱硅酸鈉（圖 ）為制備二氧化硅微粉原料，分子式為 Na20 （ 4）傳統(tǒng)制備 二氧化硅微粉工藝洗滌除雜和過濾比較復(fù)雜且不一定能達(dá)到預(yù)期除雜效果；干燥時(shí)二氧化硅微粉容易板結(jié)，簡單粉碎不能達(dá)到制備高質(zhì)量二氧化硅微粉目的。 （ 3）傳統(tǒng)制備 二氧化硅微粉工藝的合成過程中，對(duì)二氧化硅微粒粒徑的控制，最關(guān)鍵的一步就是對(duì)反應(yīng)溶液 PH值的控制，它是影響微粒團(tuán)聚狀態(tài)的重要因素，PH 值與硅酸的聚合速率有關(guān)，而聚合速率主要影響產(chǎn)物的粒徑大小。 而陽離子表面活性劑與反應(yīng)生成的帶負(fù)電的 Si02顆?？赡馨l(fā)生電荷中和反應(yīng)使二氧化硅微粒聚集成較大顆粒絮凝。 （ 2） 傳統(tǒng)制備二氧化硅微粉工藝 加入一些低分子量的聚乙二醇、甲基硅油、乳化劑等。但這些添加劑不能有效控制二氧化硅粒子的微觀結(jié)構(gòu)，起到使二氧化硅粒子在體系中起分散穩(wěn)定作用。在靜態(tài)條件下置于烘箱中干燥，干燥后的濾餅經(jīng)簡單粉碎得到二氧化硅微粉 。 將析出的白色料漿與溶液用濾紙進(jìn)行分離。溫度控制在 30℃，反應(yīng)時(shí)間為 60min 左右。 傳統(tǒng) 制備二氧化硅微粉 工藝 傳統(tǒng)工藝是在綜合分析各種因素如能源消耗、工藝步驟的繁簡，反應(yīng)控制的難易等因素，加入表面活性劑、化