專利名稱：：一種含鉀硅溶膠及其制備方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及一種硅溶膠，尤其涉及一種含鉀硅溶膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
：硅溶膠是二氧化硅分散在水中的膠狀液體，無毒無臭，由于硅溶膠具有粒度小、比表面積大、滲透與分散性強的特點，又有高吸附性、良好的耐熱性、耐磨性、粘結(jié)性與化學穩(wěn)定性等優(yōu)良特性，近年來被廣泛應用于精密鑄造業(yè)、涂料行業(yè)、耐火材料、紡織業(yè)、催化劑等行業(yè)。王自新和趙冰綜述了硅溶膠的制備方法，包括滲析法、單質(zhì)硅溶解法、離子交換法、酸中和可溶性硅酸鹽法、膠溶法等(參見《化學推進劑與高分子材料》，1(2003)，34-39)。滲析法是用酸中和硅酸鈉水溶液，經(jīng)陳化后，再通過半透膜滲析鈉離子。該方法的缺點是滲析所需時間太長，不適于工業(yè)化生產(chǎn)(參見《化學推進劑與高分子材料》，1(2003),34-39)。膠溶法制備硅溶膠，是先用酸中和水玻璃溶液制成凝膠，而后在加溫加壓條件下將凝膠溶解，可制得溶膠(參見《浙江化工》，23(2003),4-6)。此法對設備的耐壓性有著較高要求，所制得的硅溶膠純度較低。如US4356107,CN1155514A,CN1506306A和CN1699166A中所描述的，離子交換法的優(yōu)點是根據(jù)不同的工藝組合可合成不同性能的硅溶膠，缺點是起始原料水玻璃的濃度不能很高，致使后面濃縮過程時間長，能耗大，而且再生離子交換樹脂時產(chǎn)生的大量廢水需加以處理(參見《化學推進劑與高分子材料》，1(2003),34-39)。非離子交換法中，有一類為在疏水有機溶劑中制備硅膠，此種方法無須特別加入添加劑或表面改性劑，可以得到分散穩(wěn)定性良好的硅溶膠，在CN1301905C等專利中有所提及，但此種方法由于大量應用了有機相，成本較高o非離子交換法中另一類，為硅粉溶解法，采用無機或有機堿作催化劑，以單質(zhì)硅與純水反應來制備硅溶膠。硅粉在使用前應預活化，除去硅粉表面形成的惰性膜。硅粉溶解法制得的產(chǎn)品純度高，在國內(nèi)硅溶膠生產(chǎn)中占有主要地位。在CN1830777A中，提到了在加熱攪拌條件下，在作為種子液的二氧化硅水分散液中加入堿性催化劑和金屬硅粉，使其在pH為714范圍條件下反應，得到硅溶膠。但這種方法需要前處理，在反應中會產(chǎn)生大量氣體，增加反應成本。硅溶膠體系是表面能很大的不穩(wěn)定體系，可以自發(fā)地由小粒子聚集成大粒子，甚至形成凝膠，為了提高硅溶膠的穩(wěn)定性，需要使用穩(wěn)定劑。分析眾多國內(nèi)外硅溶膠生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品成份，基本上是以鈉或銨作為硅溶膠的穩(wěn)定劑(參見《湖北師范學院學報》，14(1994)，86-92)。目前還未見采用鉀作為穩(wěn)定劑的含鉀硅溶膠。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種粒度均勻，粘度低，分散性好，穩(wěn)定性佳的含鉀硅溶膠。本發(fā)明的另一目的在于提供一種簡單易行、無污染、對設備要求低的方法制備得到上述含鉀硅溶膠。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明提供一種含鉀硅溶膠，其中鉀含量與二氧化硅含量之質(zhì)量比為0.1-0.5,石圭膠粒徑為10-80nm,;圭溶月交的pH大于7,以二氧化石圭計的硅溶膠固含量可達到40質(zhì)量％。本發(fā)明的制備上述含鉀硅溶膠的方法包括如下步驟在攪拌條件下，在固體硅酸與水的體系中加入珪酸鉀溶液，在加熱且pH為7-14的條件下進行反應，制得含鉀硅溶膠。其中，加入硅酸鉀溶液后，通過共軛i威的作用，使硅酸與水反應，硅酸與硅酸鉀的質(zhì)量比為2-10:1。上述方法中用于分散固體硅酸的水與固體硅酸的質(zhì)量比為0.5-5.0,優(yōu)選為1.0-4.5。作為分散介質(zhì)的水優(yōu)選為蒸餾水，蒸餾水用量太大，會導致制備的硅溶膠濃度過低；用量太小，起不到分散作用。上述方法中用于溶解硅酸的硅酸鉀溶液，濃度在2質(zhì)量％-40質(zhì)量％范圍內(nèi)，10質(zhì)量％-25質(zhì)量％為較佳選擇。硅酸鉀溶液之濃度對硅酸溶解程度影響較小，主要影響的是硅酸溶解的速率，濃度越大，反應越快；但濃度過大會使粘度過大，容易造成硅酸的粘結(jié)，反而不利于其溶解。本發(fā)明中所述之方法，加熱條件為20°C-95°C,優(yōu)選為50°C-90°C。在此反應中溫度影響的是反應速率。其中，溫度過低，溶解速率過慢；溫度過高，反應劇烈，影響硅溶膠均勻性。優(yōu)選地，在進行反應前，可先將硅酸的水體系以及硅酸鉀溶液預熱，例如分別預熱至40-60°C。本發(fā)明中所述之方法，反應的時間為1-5小時。本發(fā)明中所述之方法，最終產(chǎn)物中所含鉀量可通過硅酸的加入量調(diào)節(jié)，鉀含量與二氧化硅含量之質(zhì)量比為0.1-0.5。本發(fā)明所提供的采用鉀作為穩(wěn)定劑的含鉀硅溶膠制備方法簡單易行，無需前處理或后處理，原料經(jīng)濟易得，無氣體產(chǎn)生，無污染，對設備要求低，且原子利用率接近100%,是一種綠色制備方法。利用本發(fā)明方法所制得的含鉀硅溶膠，粒度均勻(約為10-80nm)，粘度低，分散性好，穩(wěn)定性佳，穩(wěn)定期超過1年；且所得產(chǎn)物無需洗滌或離子交換，其中的鉀含量可以被調(diào)控，適合于在催化劑行業(yè)使用，尤其是用于沉淀鐵基費托合成催化劑的制備。圖l是實施例l制備得到的硅溶膠樣品的SEM照片。圖2是實施例2制備得到的硅溶膠樣品的EDS分析結(jié)果。圖3是實施例3制備得到的硅溶膠樣品的SEM照片。具體實施方式下面將通過下述的實施例對本發(fā)明予以說明，但是，本發(fā)明并不僅限于這些例子。下述實施例中所用到的K2Si03:化學純，購自國藥集團化學試劑有限公司；H2Si03:工業(yè)級，購自國藥集團化學試劑有限公司。實施例1取18wt.0/oLSi03溶液1000g,預熱至4(TC待用。稱取腿03320g,加入500g蒸餾水攪拌均勻，預熱至4(TC。加入硅酸鉀溶液并攪拌加熱，保持溫度75。C反應1.5小時，即得到含鉀硅溶膠。它的鉀含量與二氧化硅含量的質(zhì)量比為0.28，硅膠粒徑為10-30nm,其pH為11.5,以二氧化硅計的硅溶膠固含量為28%。將實施例1中所述樣品靜置1年，做掃描電鏡(SEM)表征，結(jié)果見圖1。實施例2取lOwt.。/。K2Si03溶液1600g，預熱至60。C待用。稱取,03320g，加入600g蒸餾水攪拌均勻，預熱至5(TC。加入硅酸鉀溶液并攪拌加熱，保持溫度85。C反應2.5小時，即得到含鉀硅溶膠。它的鉀含量與二氧化硅含量的質(zhì)量比為0.27,硅月交粒徑為30-70nm，其pH為10.3，以二氧化硅計的硅溶膠固含量為15%。利用能量分散譜(EDS)方法分析硅溶膠的成份，結(jié)果見圖2。實施例3取22wt.Q/。K2Si03溶液850g,預熱至50。C待用。稱取H2Si03365g,加入420g蒸餾水攪拌均勻，預熱至70。C。加入硅酸鉀溶液并攪拌加熱，保持溫度7(TC反應1小時，即得到含鉀硅溶膠。它的鉀含量與二氧化硅含量的質(zhì)量比為0.26,石圭膠粒徑為20-50nm,其pH為12.0,以二氧化硅計的硅溶膠固含量為20%。取部分新鮮樣進行掃描電鏡(SEM)表征，結(jié)果見圖3。相關表征取實施例1中所述硅溶膠少量，稀釋后利用ICP分析硅溶膠中的鉀和硅原子的含量表1由實施例1制備得到的硅溶膠的ICP元素分析結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>如表1所示，實施例1所制得的硅溶膠的K/Si=0.608，而根據(jù)原料配比計算的K/Si=0.622,說明本方法原子利用率接近100%。另外，該分析結(jié)果也說明，本發(fā)明可以控制鉀在硅溶膠中的含量。取實施例1中所述硅溶膠液少量，滴于玻璃片上自然風干、再鍍Pt后進行SEM表征。實施例1制備得到的硅溶膠樣品的SEM照片見圖1。如圖1可見，經(jīng)過1年的放置，硅溶膠粒度仍為10-30nm左右，并無長大的現(xiàn)象。宏觀上看，硅溶膠存樣仍保持澄清透明，無混濁現(xiàn)象。這說明由本發(fā)明方法制備得到的硅溶膠性質(zhì)穩(wěn)定。取實施例2中所述硅溶膠液少量，滴于玻璃片上自然風干、再鍍Pt后進行EDS表征。實施例2制備得到的硅溶膠樣品的EDS結(jié)果見圖2,其中的Na和Pt的信號分別來自于玻璃片及所鍍的Pt膜，這表明在硅溶膠制備過程中引入污染物的可能性比較小。取實施例3中所述硅溶膠液少量，滴于玻璃片上自然風干、再鍍Pt后進行SEM表征。實施例3制備得到的硅溶膠樣品的SEM照片見圖3。如圖3可見，硅溶膠粒度為20-50nm左右。權(quán)利要求1、一種含鉀硅溶膠，其中鉀含量與二氧化硅含量之質(zhì)量比為0.1-0.5，硅膠粒徑為10-80nm，其pH大于7，以二氧化硅計的硅溶膠固含量達到40質(zhì)量％。2、一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉀硅溶膠的方法，其包括如下步驟在攪拌條件下，在固體硅酸與水的體系中加入硅酸鉀溶液，在加熱且pH為7-14的條件下進行反應，制得含鉀硅溶膠。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述硅酸與硅酸鉀的質(zhì)量比為2-10:1。4、根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述水為蒸餾水，且水與固體硅酸的質(zhì)量比為0.5-5.0。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述硅酸鉀溶液的濃度為2質(zhì)量％-40質(zhì)量％。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述加熱的溫度為20°C-95°C,所述反應的時間為1-5小時。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述水與固體硅酸的質(zhì)量比為1.0-4.5;所述^圭酸鉀溶液的濃度為10質(zhì)量％-25質(zhì)量％;所述加熱溫度為50°C-90°C。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，將所述固體硅酸與水的體系以及硅酸鉀溶液分別預熱至40-60°C。全文摘要本發(fā)明提供了一種含鉀硅溶膠，其中鉀含量與二氧化硅含量之質(zhì)量比為0.1-0.5，硅膠粒徑為10-80nm，其pH大于7，以二氧化硅計的硅溶膠固含量可達到40質(zhì)量％。所述硅溶膠粒度均勻，粘度低，分散性好，穩(wěn)定性佳。本發(fā)明還提供了一種制備所述含鉀硅溶膠的方法，其包括如下步驟在攪拌條件下，在固體硅酸與水的體系中加入硅酸鉀溶液，在加熱且pH為7-14的條件下進行反應，制得含鉀硅溶膠。本發(fā)明的制備方法簡單易行、無污染，對設備要求低，且原子利用率接近100％。文檔編號C01B33/141GK101293657SQ200810104279公開日2008年10月29日申請日期2008年4月17日優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日發(fā)明者呂毅軍,寧文生,海常,李小年,泉林,鵬王,鄭遺凡,門卓武申請人:神華集團有限責任公司;中國神華煤制油有限公司;浙江工業(yè)大學