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Nel vasto campo della preparazione dei materiali chimici, l'idrolisi in fase gassosa occupa una posizione importante nella preparazione di Silice colloidale di sodio con i suoi vantaggi unici. Questo metodo può controllare accuratamente la distribuzione delle dimensioni delle particelle e la purezza del prodotto e può anche garantire che il sol di silice prodotto abbia una buona disperdibilità e stabilità.
Le principali materie prime dell'idrolisi in fase gassosa sono il clorosilano, come il tetracloruro di silicio (SiCl₄) e il vapore acqueo come mezzo di reazione. Queste materie prime devono essere rigorosamente vagliate e pretrattate per garantirne la purezza e la reattività. È inoltre necessario preparare una quantità adeguata di idrogeno o ossigeno come gas di trasporto per trasportare le materie prime nella zona di reazione.
Il processo di reazione dell'idrolisi in fase gassosa è il seguente.
Miscelazione e riscaldamento: il clorosilano e il vapore acqueo vengono miscelati in una determinata proporzione e riscaldati all'elevata temperatura richiesta per la reazione attraverso un sistema di preriscaldamento. Questo intervallo di temperatura è solitamente compreso tra 1000 ℃ e 2000 ℃, a seconda del tipo di reagenti e delle condizioni di reazione.
Idrolisi in fase gassosa: ad alte temperature, i clorosilani subiscono violente reazioni di idrolisi in fase gassosa con vapore acqueo. In questo processo, il legame silicio-cloro nella molecola del clorosilano si rompe e si combina con l'idrossido nella molecola d'acqua per generare biossido di silicio (SiO₂) e acido cloridrico (HCl). L'equazione della reazione può essere semplificata come: SiCl₄ 2H₂O → SiO₂ 4HCl.
Nucleazione e crescita: man mano che la reazione procede, le particelle di biossido di silicio generate iniziano a nuclearsi e a crescere gradualmente. Queste particelle rimangono sospese nella fase gassosa e formano particelle più grandi attraverso la collisione e la polimerizzazione. Il gas di acido cloridrico generato dalla reazione viene prontamente scaricato dal sistema di reazione per evitare effetti negativi sul processo di reazione.
Raffreddamento e raccolta: Le particelle di biossido di silicio generate dalla reazione entrano nella zona di raffreddamento con il flusso d'aria, si raffreddano rapidamente e solidificano a basse temperature, e vengono assorbite dall'acqua per formare sol di silice. Per migliorare la stabilità e la disperdibilità del sol di silice, potrebbe essere necessario trattare ulteriormente la soluzione, ad esempio aggiungendo stabilizzanti o regolando il valore del pH.
Il sol di silice preparato mediante idrolisi in fase gassosa solitamente necessita di una serie di trattamenti successivi per rimuovere le impurità, regolare la distribuzione delle dimensioni delle particelle e migliorare le prestazioni del prodotto. Queste fasi di trattamento possono includere filtrazione, lavaggio, essiccazione e dispersione. La silice colloidale di sodio/sol di silice finale ha buone proprietà fisiche e chimiche ed è ampiamente utilizzata nella fusione di precisione, nell'industria dei rivestimenti, nell'industria della fabbricazione della carta e nel supporto di catalizzatori.