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二氧化硅的几种存在形式,你都知道吗

来源:  ·  时间:2022-01-05 16:24:55  ·  2382 浏览

地壳中硅元素的含量约为26%,仅次于氧元素。硅元素在大自然中的存在形式主要为二氧化硅,地壳中的二氧化硅主要是以二氧化硅晶体存在的,虽然二氧化硅分子式都是SiO2,但在二氧化硅晶体中,不存在二氧化硅单分子,而是无数硅原子和氧原子以硅氧键相互连接,形成的三维立体结构。石英、水晶、玛瑙等我们熟知的矿物都是二氧化硅晶体。

因为二氧化硅晶体结构稳定,在矿业开采过程中,会产生大量二氧化硅晶体的粉末,如果被人体吸入,这些粉末会在肺部沉积下来无法排出,久而久之,便会形成我们平常说的“硅肺”或“矽肺”。工业生产的二氧化硅属于合成纳米二氧化硅,本身不具备晶体结构,宏观上讲是纳米级的二氧化硅分子的聚集体,可溶于水,被人体吸入也可随血液循环排除,不会因沉积导致硅肺的产生。气相二氧化硅虽然为非晶态二氧化硅,无毒无害,但毕竟属于粉体的一种,若空气中浓度过高,也会引起人体呼吸道的一些不适,所以在生产作业时仍要有相应的防护措施。

合成纳米气相二氧化硅主要是由化学反应制备得到的,目前已经产业化的有沉淀法和气相法两种,实验室中还存在有溶胶凝胶法等,在此仅讨论沉淀法和气相法两种制备方法。沉淀法纳米二氧化硅的合成方法主要为水玻璃(硅酸钠)溶液和硫酸、盐酸等在一定pH下反应生成的二氧化硅聚集体。气相二氧化硅主要是用氯化硅在氢氧焰中高温水解制备而成的无定型纳米二氧化硅。这两种方法生产的纳米二氧化硅具有非常明显的区别。


二氧化硅的几种存在形式,你都知道吗

从外观来看,因为气相法二氧化硅中含水量远低于沉淀法二氧化硅,气硅的流动性更好,更容易扬尘,振实密度一般仅为沉淀法的1/4,两者手感上也有一定的区别。从理化参数上看,气硅因表面的硅羟基在溶液中电离,故pH显酸性,而沉淀法白炭黑因其制备工艺和表面羟基大量键合,一般显中性;气硅的纯度可以达到99%以上,而沉淀法白炭黑的纯度一般为90%-95%之间;气硅一般为纳米级,而沉淀法白炭黑一般为微米级(可以做到纳米级)。

从价格来看,沉淀法发展历史更长,工艺成熟,成本较低,产量高,所以价格较低,而气相法二氧化硅起步较晚,设备要求高,成本投入较高,产量较低,所以相对气硅的价格更高一些。从应用领域来看,沉淀法白炭黑主要用作为橡胶、塑料的补强剂、填料等,大量应用于轮胎、制鞋、牙膏、涂料等领域,气硅则因其特殊的结构,主要用于涂料、油漆等的流变助剂、消光剂、防沉剂等,在粉末涂料中做流动助剂,塑料的补强材料等。

气相二氧化硅作为一种新兴的纳米材料,具有普通二氧化硅无法比拟的性能,不仅在传统领域中应用广泛,更是在许多高端领域和新领域大展身手,气相法二氧化硅未来必将在工业发展中做出巨大贡献。

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