多晶硅產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)物四氯化硅的綜合利用——多形貌微-納米二氧化硅的可控制備.pdf

1、近幾年來，由于受到太陽能光伏電池行業(yè)的強力推動，我國多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，現(xiàn)已建成數(shù)十家，產(chǎn)能超過10萬噸/年。多晶硅產(chǎn)業(yè)目前的主流生產(chǎn)工藝均為改良西門子法，該工藝副產(chǎn)大量的低沸點、腐蝕性強、易造成環(huán)境污染的四氯化硅。因而，對四氯化硅進(jìn)行科學(xué)合理的高效利用，已成為多晶硅行業(yè)亟待解決的問題。利用四氯化硅生產(chǎn)二氧化硅，是實現(xiàn)四氯化硅有效轉(zhuǎn)化的途徑之一。二氧化硅簡稱白炭黑，無毒無味，是優(yōu)良的補強填充材料，能廣泛地應(yīng)用于化工、材料、醫(yī)藥、電子通訊

2、等領(lǐng)域。具有特殊形貌以及經(jīng)過疏水改性的二氧化硅，由于表面結(jié)構(gòu)和外形的特殊性，使其在藥物控釋緩釋、催化劑載體、高聚物溶混填充、傳感器、分離工程等方面不斷獲得新的應(yīng)用。
　　本文主要涉及如下幾個方面的研究內(nèi)容：以醇水混合溶劑為反應(yīng)體系，首先通過對溶液的 pH值、反應(yīng)溫度、攪拌速度、醇水溶劑的摩爾比、SiCl4的加入速度和其在溶液中的濃度等因素加以研究，尋找出納米二氧化硅制備的最佳工藝條件；其次，通過添加表面活性劑和模板，制備出了棒狀、

3、針狀、中空管狀納米二氧化硅和微米級空心管狀二氧化硅；最后，利用表面改性劑六甲基二硅胺烷（HMDS）制備出了疏水性納米二氧化硅。借助 XRD、FT-IR、TEM、SEM等手段對上述中間體和產(chǎn)物進(jìn)行了物相和形貌分析，以 BET氮氣吸附法測定了二氧化硅納米微粉的比表面積，總結(jié)了球形、棒狀、針狀、空心管狀結(jié)構(gòu)二氧化硅的譜學(xué)特性及形成條件，比較詳細(xì)地探討了特殊形貌的生成機理。
　　結(jié)果表明：（1）當(dāng)控制反應(yīng)的pH值為3～4、溫度為10～30

4、℃、攪拌速度為50～200r·min-1、SiCl4的加入速度為0.5～2.0g·min-1、SiCl4在溶液中的濃度為0.2～2.0mol·l-1、醇水的摩爾比在1:3～5:3時，能夠制備出粒子粒徑為100～300nm的球形、非晶態(tài)納米二氧化硅粉體。（2）在60℃水浴加熱、醇水混合溶劑摩爾比為4:3時，能夠制備出針狀納米二氧化硅。（3）所加入的表面活性劑CTAB濃度的不同，對產(chǎn)物形貌變化有直接影響。當(dāng)CTAB在溶液中的濃度為1.0×1

5、0-2 mol·l-1時，得到的產(chǎn)物是棒狀納米二氧化硅；當(dāng)CTAB在溶劑中的濃度增加到4.0×10-2 mol·l-1時，得到的產(chǎn)物是中空管狀納米二氧化硅?；旌先軇┲写妓柋群头磻?yīng)時間也對二氧化硅產(chǎn)物的形貌特征造成較大影響。（4）以酒石酸銨為模板，控制SiCl4的滴加速度為0.1g·min-1、靜置時間為2h時，能夠制備出衍射特征峰寬化、粒徑約為3～5微米、管長約為50～100微米的微米級空心管狀二氧化硅。（5）以HMDS為改性劑制備