一種硅水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種硅水解技術(shù)，尤其是一種水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法，其特征在于，在硅水解分離反應(yīng)器，硅粉由加料口加入，水解液由水解液入口加入，二者在錐形水解反應(yīng)段發(fā)生水解反應(yīng)。硅粉在反應(yīng)段上部加入，因重力沉降向下段運(yùn)動(dòng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硅粉的粒徑變小，其沉降速度降低。硅粉在向下運(yùn)動(dòng)的過程中，反應(yīng)體系中反應(yīng)物濃度由上向下增加，反應(yīng)產(chǎn)物濃度減小，其化學(xué)反應(yīng)推動(dòng)力隨之增強(qiáng)。反應(yīng)液中硅酸鈉及其縮合物、氫氣向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入分離段后，氫氣通過分離段的排氣管收集，硅酸鈉溶液通過膜分離段在真空抽吸下通過分離膜與未反應(yīng)的硅粉顆粒分離，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)與分離同步進(jìn)行的目的。
【專利說明】一種硅水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硅水解技術(shù)，尤其是一種水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般制備硅溶膠的方法有以下幾種:單質(zhì)硅一步溶解法、離子交換法、直接酸中和法、電解電滲析法、膠溶法和分散法等。工業(yè)生產(chǎn)中通常采用的是單質(zhì)硅一步溶解法、離子交換法。
[0003]專利CN86104144A在72~83 °C條件下將硅粉直接與Na2SiO3或者K2SiO3反應(yīng)，緩慢加料，反應(yīng)完成后邊攪拌邊冷卻，并在50°C時(shí)過濾除去未反應(yīng)的硅粉。專利CNlO 1121520A中使硅粉在堿性催化劑作用下水解
[0004]加入到去離子水中制備種子溶液，再次加入硅粉和堿，通過對(duì)投料量的控制以得到粒徑分布比較窄的硅溶膠產(chǎn)品。反應(yīng)后過濾，出去未反應(yīng)的硅粉。專利CN101585541A中提出了一種制備電子級(jí)硅溶膠的方法，硅粉在堿性催化劑作用下水解，過濾所得濾液先后通過粒子選擇器對(duì)粒子進(jìn)行篩選和離子交換即得所需產(chǎn)品。專利CN1830777A中利用活性硅酸粒子在種子粒子上吸附并長(zhǎng)大的原理，以SiO2水分散液為種子液，向其中加入堿性催化劑和硅粉，反應(yīng)后過濾得產(chǎn)品。專利CN102173426A制備了一種高均勻度的硅溶膠，將硅、水、堿性催化劑混合后，在攪拌條件下超聲并加熱，分批加料，反應(yīng)完全后出去未反應(yīng)的硅粉。專利CN102101674A中將硅、水和堿性催化劑在反應(yīng)釜中混合，通入蒸汽使物料混合均勻并加熱，制備母液。分批加入反應(yīng)物料以控制粒徑，反應(yīng)完全后除去未反應(yīng)硅粉。
[0005]以上專利雖然都在某種程度上得到了所需的產(chǎn)品并彌補(bǔ)了前人的不足，但是存在一個(gè)共同的問題，即硅粉反應(yīng)不完全，在反應(yīng)結(jié)束后需過濾除去。這是由于硅(Si)在堿性催化劑作用下水解，生成硅酸鈉(Na2SiO3)的過程中存在反應(yīng)物與產(chǎn)物的平行限制，即隨著Si水解，硅酸鈉的濃度不斷升高，基于化學(xué)反應(yīng)平衡原理，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡以后，硅的水解速度近于零?，F(xiàn)有間歇反應(yīng)一般在反應(yīng)接近平衡時(shí)停止反應(yīng)，除未反應(yīng)硅粉分離出來，再進(jìn)行后續(xù)操作。雖然過濾后的硅粉可以重復(fù)利用，但不可避免的增加了后處理工序。
[0006]本發(fā)明利用硅粉顆粒水解時(shí)在水解液中所受重力、浮力與沉降阻力平衡技術(shù)、逆流接觸反應(yīng)技術(shù)和反應(yīng)分離技術(shù)，使得反應(yīng)產(chǎn)物與反應(yīng)物及時(shí)分離，保障硅粉完全水解，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)完全化和連續(xù)化。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種利用反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法，保持反應(yīng)處于不平衡狀態(tài)，使得硅粉水解完全并連續(xù)進(jìn)行。
[0008]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種硅水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟，其組分按重量份數(shù)計(jì):
[0009]A、基于附圖的硅水解分離反應(yīng)器由錐形的水解反應(yīng)段和膜分離段組成。硅粉由加料口(5)加入，水解液由底部的水解液入口(7)加入。硅粉由反應(yīng)段上部加入，因重力沉降向下段運(yùn)動(dòng)，同時(shí)與水解液接觸反應(yīng)，發(fā)生硅的水解反應(yīng)，生成硅酸鈉及其縮合物；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硅粉的粒徑變小，受到由下向上流動(dòng)的水解液作用于顆粒的浮力和阻力的作用，其沉降速度由上向下逐漸降低，反應(yīng)液中反應(yīng)物濃度由上向下增加，反應(yīng)產(chǎn)物濃度由下向上增加，其化學(xué)反應(yīng)推動(dòng)力由下向上增大。錐形反應(yīng)器下段的流動(dòng)通道截面由上向下縮小，通過蝶閥(6)控制水解液的進(jìn)料流速，以保持未反應(yīng)硅粉顆粒懸浮于水解液中進(jìn)行接觸反應(yīng)，直至反應(yīng)完全。
[0010]B、反應(yīng)液中的硅粉、硅酸鈉及其縮合物、反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入膜分離段
(3)，氫氣通過分離段的排氣管(I)收集排出，硅酸鈉溶液通過膜分離段在真空抽吸下通過分離膜與未反應(yīng)的硅粉顆粒分離，達(dá)到反應(yīng)分離同步進(jìn)行的目的，并由排出管(2)排出。
[0011]C、沉積于膜分離段膜表面的顆粒，定期進(jìn)行反洗，以維持膜的透過液量，反洗液由反洗液入口⑷加入。
[0012]所述硅粉顆粒直徑為I μ m~2mm ;所述水解液由NaOH、KOH中的一種或幾種配制的水溶液，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75份~99.8份，其余為NaOH、KOH中的一種或幾種。
[0013]所述錐形反應(yīng)器的錐度為5°~70°，椎體高度0.2~10m，反應(yīng)溫度50°C~80°C，水解液在進(jìn)料口的流速為0.01m / s~3m / s，硅粉加入量:水解液加入量為0.001:I ~0.2:1。
[0014]所述分離段為孔徑為20nm~10 μ m的分離膜，膜材料為有機(jī)高分子分離膜或無機(jī)分離膜。分離段高度為0.1m~3m，抽吸真空度為0.01MPa~0.095MPa，通過膜的透過液流
量與水解液進(jìn)料量相等。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是硅水解分離反應(yīng)器示意圖【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017]實(shí)施例1
[0018]一種硅水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法，其組份按重量份數(shù)計(jì)，包括以下工藝步驟:
[0019]經(jīng)篩分后最大粒徑為0.5mm，平均粒徑為0.2mm的硅粉加入量7妙min，由1份NaOH與99份水構(gòu)成的水解液進(jìn)料量為1000g / min，錐形反應(yīng)器錐度為15°、高度2m，水解液在進(jìn)料口流速為0.5m / s，水解反應(yīng)溫度為50°C。分離段用PES微濾膜，孔徑0.2 μ m，膜分離段高度lm。調(diào)節(jié)抽吸真空度，保持透過液量為IL / min。得到反應(yīng)段底部無硅粉顆粒沉降，透過液中硅酸鈉的質(zhì)量濃度為3.9%，反應(yīng)分離實(shí)現(xiàn)連續(xù)化。
[0020]實(shí)施例2
[0021]一種硅水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法，其組份按重量份數(shù)計(jì)，包括以下工藝步驟:
[0022]經(jīng)篩分后最大粒徑為0.3mm,平均粒徑為0.15mm的娃粉加入量8g / min,由1份NaOH與95份水構(gòu)成的水解液進(jìn)料量為1000g / min，錐形反應(yīng)器錐度為15°、高度2m，水解液在進(jìn)料口流速為0.4m / s，水解反應(yīng)溫度為60°C。分離段用PES微濾膜，孔徑0.2 μ m，膜分離段高度lm。調(diào)節(jié)抽吸真空度，保持膜透過液量為IL / min。得到反應(yīng)段底部無硅粉顆粒沉降，透過液中硅酸鈉的質(zhì)量濃度為4.8%，反應(yīng)分離實(shí)現(xiàn)連續(xù)化。
[0023]實(shí)施例3
[0024]一種硅水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法，其組份按重量份數(shù)計(jì)，包括以下工藝步驟:
[0025]經(jīng)篩分后最大粒徑為0.2mm,平均粒徑為0.12mm的娃粉加入量5g / min,由1份KOH與95份水構(gòu)成的水解液進(jìn)料量為1500g / min，錐形反應(yīng)器錐度為30°、高度2m，水解液在進(jìn)料口流速為0.3m / s，水解反應(yīng)溫度為60°C。分離段用PES微濾膜，孔徑0.2 μ m，膜分離段高度lm。調(diào)節(jié)抽吸真空度，保持透過液量為1.5L / min。得到反應(yīng)段底部無硅粉顆粒沉降，透過液中硅酸鈉的質(zhì)量濃度為3.1 %，反應(yīng)分離實(shí)現(xiàn)連續(xù)化。
【權(quán)利要求】
1.一種硅水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法，其特征是，其組份按重量份數(shù)計(jì)，包括以下工藝步驟:A、基于附圖的硅水解分離反應(yīng)器由錐形的水解反應(yīng)段和膜分離段組成。硅粉由加料口(5)加入，水解液由底部的水解液入口(7)加入。硅粉由反應(yīng)段上部加入，因重力沉降向下段運(yùn)動(dòng)，同時(shí)與水解液接觸反應(yīng)，發(fā)生硅的水解反應(yīng)，生成硅酸鈉及其縮合物；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硅粉的粒徑變小，受到由下向上流動(dòng)的水解液作用于顆粒的浮力和阻力的作用，其沉降速度由上向下逐漸降低，反應(yīng)液中反應(yīng)物濃度由上向下增加，反應(yīng)產(chǎn)物濃度由下向上增加，其化學(xué)反應(yīng)推動(dòng)力由下向上增大。錐形反應(yīng)器下段的流動(dòng)通道截面由上向下縮小，通過蝶閥(6)控制水解液的進(jìn)料流速，以保持未反應(yīng)硅粉顆粒懸浮于水解液中進(jìn)行接觸反應(yīng)，直至反應(yīng)完全。B、反應(yīng)液中的硅粉、硅酸鈉及其縮合物、反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入膜分離段(3)，氫氣通過分離段的排氣管(I)收集排出，硅酸鈉溶液通過膜分離段在真空抽吸下通過分離膜與未反應(yīng)的硅粉顆粒分離，達(dá)到反應(yīng)分離同步進(jìn)行的目的，并由排出管(2)排出。C、沉積于膜分離段膜表面的顆粒，定期進(jìn)行反洗，以維持膜的透過液量，反洗液由反洗液入口⑷加入。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述一種硅水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法，其特征在于所述硅粉顆粒直徑為I μ m~2mm ;所述水解液由Na0H、K0H中的一種或幾種配制的水溶液，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75份~99.8份，其余為Na0H、K0H中的一種或幾種。
3.據(jù)權(quán)利要求書I所述一種硅水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法，其特征在于所述錐形反應(yīng)器的錐度為5°~7 0°，椎體高度0.2~10m，反應(yīng)溫度50°C~80°C，水解液在進(jìn)料口的流速為0.01m / s~3m / s，硅粉加入量:水解液加入量為0.001:1~0.2:1。
4.據(jù)權(quán)利要求書I所述一種硅水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法，其特征是在于所述分離段為孔徑為20nm~10 μ m的分離膜，膜材料為有機(jī)高分子分離膜或無機(jī)分離膜。分離段高度為0.1m~3m，抽吸真空度為0.01MPa~0.095MPa,通過膜的透過液流量與水解液進(jìn)料量相等。
5.據(jù)權(quán)利要求書I所述一種硅水解反應(yīng)分離同步進(jìn)行的方法，其特征在于所述沉積于膜分離段膜表面的顆粒，定期進(jìn)行反洗，反洗液為透過液、水中的一種或幾種；反洗周期為.0.1小時(shí)~20小時(shí)，每次反洗時(shí)間為5分鐘~60分鐘，反洗壓力為0.005MPa~0.085MPa,反洗溫度為20°C~50°C。
【文檔編號(hào)】C01B33/32GK103601204SQ201310556591
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】孫余憑, 顧瑾, 白云翔 申請(qǐng)人:江南大學(xué)