副产四氯化硅水解制备二氧化硅研究

摘要

多晶硅是光伏太阳能产业的基石,需求量急剧增长,随着国内众多大型多晶硅项目的上马,其下游强腐蚀性副产物四氯化硅的大量积蓄限制了多晶硅产业链的健康发展。近年来,许多研究者致力于探索新的四氯化硅消耗路径,并通过改进气相水解工艺获得合适粒度分布的二氧化硅。二氧化硅具有化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等性能,经过疏水改性后,可以增加其补强填充性能。由于气相二氧化硅的市场容量小,且水解条件苛刻,导致该工艺消耗四氯化硅的量也极为有限。因此,低成本、高效率的四氯化硅水解工艺的探索与研究显得尤为重要。
　　 针对气相水解法存在的问题,本文欲探索一条以副产四氯化硅为原料的湿法路线,既要得到超细二氧化硅粉体,又可以收集氯化氢气体回收利用。分别研究了四氯化硅在有机体系中水解过程及二氧化硅的形貌控制过程,无机盐体系中水解过程及二氧化硅的改性制备过程,盐酸解吸工艺过程。
　　 首先探索了四氯化硅在有机溶剂中水解反应的可行性;筛选得出四氯化硅在苯类、烷烃类、酯类及醇类中反应,均可得到二氧化硅产品;研究不同系列的有机溶剂对四氯化硅水解反应的影响,得出以乙醇为反应介质,所得产品的比表面较小:并在乙醇-水-SDBS体系中制备得到分散性良好的二氧化硅实球形颗粒;在乙醇.水.聚苯乙烯体系中合成二氧化硅空心球;在乙醇水混合溶剂中,加入3g·l-1表面活性剂F-127,得到片状二氧化硅,将其加入量增加到12g·l-1时,得到棒状二氧化硅;加入1-磺酸丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐离子液体,得到蜂窝状二氧化硅。
　　 然后探索出“水——盐酸——无机盐”为四氯化硅水解较佳无机体系,改善了反应混合物的过滤性能,降低了二氧化硅的比表面积;研究得到间歇反应过程较佳工艺条件,无机盐C的浓度为4.5mol·L-1作为反应底物;盐酸的初始浓度为7.1mol·L-1;四氯化硅加入量0.9mol/(L底物);控制搅拌速度为150r·min-1;反应温度为45℃;加料速率为0.35mol·h-1;陈化温度为45℃;陈化时间为0.5h;并得出随着循环反应溶液酸度的降低,所得产品的粒径不断降低;四氯化硅在加入改性剂的无机盐体系中发生水解反应,得到疏水性良好的纳米二氧化硅产品,提高橡胶补强性能。
　　 最后通过研究解吸工艺得到,单解吸剂以氯化钙最佳,浓度越高,解吸效果越好;复合解吸剂的解吸效果优于单解吸剂;以氯化钙质量分数35%,氯化镁20%配比组合成的复合解吸剂对循环反应液具有最好的解吸效果,可收集更多氯化氢气体。