硅胶的制备及应用现状_赵希鹏

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广州化工2011年39卷第24期

硅胶的制备及应用现状

赵希鹏

（青岛科技大学，山东

摘

青岛266042）

要：硅胶不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。根据其孔径的大小分

B 型硅胶、为：大孔硅胶、粗孔硅胶、细孔硅胶。由于孔隙结构的不同，因此它们的吸附性能各有特点。硅胶是一种高活性的吸附材

料，通常以硅酸钠和硫酸为原料制备，文中介绍了各种硅胶的生产工艺，论述了硅胶的应用现状。

关键词：硅胶；制备；应用

Preparation and Application Situation of Silica Gel

ZHAO Xi －peng

（Qingdao University of Science ＆Technology ，Shandong Qingdao 266042，China ）

Abstract ：Silica gel was insoluble in water and any solvent ，non －toxic and odorless ，chemical stability ，except strong alkali and hydrofluoric acid ，and it can ’t react with any material．According to its aperture size ’s ，it was divided into big pore silica gel ，thick pore silica gel ，the type B silica gel and the fine pore silica gel．Because the pore structure was different ，so they had different features of adsorption performance．Silica gel was a highly active adsorption materials ，usually prepared by the sodium silicate and sulfuric acid as raw material．Various silica gel production technology was in-troduced ，and the present situation of the application of the silica gel was discussed．

Key words ：silica gel ；preparation ；application

硅胶是一种典型的高活性多孔吸附材料，具有丰富的孔道

属于非晶态物质，其分子式为mSiO 2·

结构和大的比表面积，

nH 2O ，其中的基本结构质点为Si －O 四面体，系由Si －O 四面体指点之间的空间即为硅胶相互堆积形成硅胶的骨架。堆积时，

的孔隙。硅胶中H 2O 为结构水，它以羟基（OH ）的形式和硅原子相连而覆盖于硅胶的表面。

硅胶不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。根据其孔径的大小分为：B 型硅胶、大孔硅胶、粗孔硅胶、细孔硅胶。由于孔隙结构的不同，因此它们的吸附性能各有特点。粗孔硅胶在相对湿度高的情况下有较高的吸附量，细孔硅胶则在相对湿度较低的情况下

而B 型硅胶由于孔结构介于粗、细孔硅胶吸附量高于粗孔硅胶，

之间，其吸附量也介于粗、细孔之间。

图1Fig．1

硅胶的生产工艺流程Silica gel production process

造成污染。而化学沉淀法以硅酸钠和无机酸为原料，工艺简单，

原料来源广泛，成本低，能耗小，易于工业化生产。综上所述，在工业化的生产中，为了节约成本，降低能耗，在

硅胶的生产通常是以硅酸钠日益激烈的竞争中立于不败之地，

和硫酸反应，经过老化、酸泡、水洗等一些列后处理过程而制得

的。工艺流程图如图1。

1硅胶的制备方法

1．1

目前，硅胶的主要制备方法有以硅烷卤化物为原料的气相［1］［2］

法；以硅酸钠和无机酸为原料的化学沉淀法；以及以硅酸酯等为原料的溶胶－凝胶法

［3－5］

块状硅胶的制备

和微乳液法

［6－8］

。

气相法制备硅胶都是以昂贵的硅烷氯化物为原料，采用危

险复杂的高温、高压、超临界流体干燥技术，不仅设备要求高，流程长，成本高，而且危险性大，从而大大阻碍了硅胶材料大规模的生产。以硅酸酯为原料的溶胶－凝胶法，原料昂贵，制备时间，；、有机物难以去除易对环境

粗孔块状硅胶呈白色或半透明的不规则颗粒，堆积密度大

于400g /L、孔容大于0．76mL /g，细孔块状硅胶呈透明的不规则二者均具有高的热稳定性和多为孔结构。生产过程中所颗粒，

用的原料为模数3．3ʃ 0．1、可溶性固体总碱量大于90%的硅酸钠；硫酸和氨水。

块状硅胶的生产工艺是：将二氧化硅含量为20%左右的稀

作者简介：赵希鹏（1984－），女，助理工程师，

青岛科技大学研究生，从事废弃物重新利用。

2011年39卷第24期

硅酸钠和浓度为30%稀硫酸，通过一定压力于20 30ħ 时由喷头喷出，经混合反应生成多硅酸和硫酸钠，其反应：

Na 2SiO 3+H 2SO 4+H 2O →H 4SiO 4+Na 2SO 4

多硅酸钠在酸性条件下不稳定，立即缩聚成硅凝胶：

nH 4SiO 4→nSiO 2·mH 2O +（n －m ）H 2O 硅凝胶在老化槽中老化35h 以上，然后放掉老化槽中的老化水，用非铁质的器具将凝胶割成小于5cm 的胶块，进入水洗槽，如果是细孔硅胶应用3%左右的稀硫酸置换4h 以上，而粗孔硅胶直接进入水洗过程，洗至胶块pH 值大于5，洗完后若为粗孔硅胶则用0．13% 0．18%稀氨，在20 30ħ 温度下浸泡16h ，细孔硅胶直接进入隧道烘干。

广州化工

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技术进步促使应用领域不断拓展。目前，硅胶的应用技术细化，

已经渗透到各行各业，在石油化工、医药、食品、生物化学、环保、涂料、轻纺、造纸、油墨、塑料等工业领域应用最为广泛，农业、第三产业和信息产业的应用近年来发展也非常迅速。

2．1硅胶在工业领域的应用

在石油化工方面，硅胶类的产品主要用于变压吸附、催化剂及催化剂载体等。用于变压吸附的细孔硅胶利用其特殊的孔结构（即孔分布范围小），堆密度在较高压力下选择性吸附CO 2在

经过周期性的压力变化，达到分较低压力或真空时解吸的原理，

。例如格雷斯公司的G41是一种用于

各类气体循环干燥操作的高效干燥剂，通过对该产品的粒度和粒度分布的控制，可以使其压降和快速吸附率两参数做到最佳

特别用于烃加工工业中短周期分离操作工艺。用作催化配合，

剂的硅胶，对其颗粒的大小、形状、孔结构及在反应器中的堆积

因为它直接影响一个反应系统的物理过方式都有一定的要求，

程。硅胶颗粒大小不同所提供的催化活性外表面不同，而孔结

构决定了内部孔壁所提供的催化活性内表面，高孔隙率的硅胶可提供大量的内表面，同时，孔隙大小还影响反应物分子进出难

形状和堆积方易（多选用孔径较大的硅胶）。硅胶颗粒的大小、

式还决定催化床层中空隙大小及分布，后者将影响流体流动时

所受的阻力。硅胶作为催化剂载体具备了载体所有的活性组分的分散剂、粘合剂及支承物应有的特性，是一种良好的催化剂载体。

在食品方面，硅胶可用于提高啤酒的保质期。1961年，德国

用斯丹比克公司的Karl 博士首先发现硅胶可以在啤酒中使用，来提高啤酒保质期。在啤酒的生产过程中，硅胶是首选的蛋白

质吸附剂，其选择性取决于孔径、颗粒大小及表面特性，比表面积越大，吸附能力越强。硅胶的吸附能力主要取决于比表面积和孔的大小，吸附速率取决于颗粒大小和接触的有效面积。硅无定形和非胶是很纯的物质，其中99．5%为无定形二氧化硅，

［11］

结晶是硅胶的重要特征。硅胶用作啤酒稳定剂，在选择性滤在保证不损失啤除啤酒蛋白方面优于传统的稳定剂酶和鞣酸，酒泡沫和口感的情况下，质量稳定期达到6个月以上，用于处理已经占其各类啤酒冷混浊也十分有效。硅胶作为啤酒稳定剂，

稳定剂用量的1/3以上。我国啤酒硅胶年产量约1100t ，已经

部分替代进口。用于全国各主要啤酒生产厂，

在涂料工业中，硅胶是最重要的无机消光剂。涂料中的消

光剂是一类能够改变涂膜表面光学性能的助剂。这类助剂能够在涂膜表面产生预期微粗糙度，使涂膜的光泽显著降低，给人一种古朴典雅的感觉。随着人们生活水平的提高，一方面消费者感觉到了高光泽的亮光涂料成膜后反光比较严重，对人的眼睛有害；另一方面消费者的审美观念也越来越倾向于休闲、时尚和个性化。这些因素导致人们对具有柔和外观的低光泽涂料的需

［12－13］

，求急剧增加尤其是价格低廉，功能全面的新型消光剂如二氧化硅类消光剂发展趋头强劲

［14－15］

离、净化、回收的目的

［10］

1．2球形硅胶的制备

粗孔球形硅胶呈白色或半透明的球形颗粒，细孔球形硅胶

则呈透明的球形颗粒，它们表面光滑并呈球形，因而机械强度高，不易破碎，阻力也较小。主要用作干燥剂、防潮剂、防锈剂和石油化工催化剂的载体或吸附剂，特别适用于变压器油的除酸再生。

球形硅胶的生产工艺是：将二氧化硅含量为16%左右的稀

经一定压力混合后，在一定的pH 硅酸钠和浓度为20%稀硫酸，

值下利用空气造粒反应形成凝胶颗粒，进入凝胶颗粒接受器中，

接受器中的循环水为中性，老化十分钟左右，通过传送带送入水洗罐，利用含酸量为2．5%左右的稀硫酸交换5h 以上水洗，洗至胶块pH 值大于5，洗完后若为粗孔硅胶则用0．13% 0．18%稀氨，在20 30ħ 温度下浸泡16h ，细孔硅胶直接进入隧道烘干。

1．3微球形细孔硅胶的制备

先将硅酸钠溶液与硫酸在一定的pH 值下反应生成凝胶并在热油中成型制得球形硅凝胶，经老化、酸泡、水洗、氨泡、干燥、活化、筛选即得成品。将Na 2O 含量为5．12% 5．25%的硅酸钠稀溶液和浓度为20%的稀硫酸溶液用一定的压力分别打到反应喷头处，使其高速化合成硅溶胶。硅溶胶由伞形分配盘分散进入成型柱的油浴内，借本身的表面张力而收缩成球形。由于硅溶胶在酸性介质（pH 值=6．6 7．0）和在受热的情况下是极

因而在5 7s 内迅速凝成硅凝胶，然后用2% 不稳定的，

2．5%的硫酸浸泡6h 后，进行水洗，再用0．15% 0．2%的氨

在滚水（也可用硫酸钠）浸泡以扩大孔径。氨水浸泡后的物料，筒干燥器内烘干，干燥后的硅胶为微黄或棕黑色颗粒。干燥后

把物料置于活化炉内，在500 550ħ 高温活化20min ，使颗粒从黑棕色转变成白色。活化后筛选即得不同规格的产品

［9］

。

2硅胶的应用

硅胶是一种高活性吸附材料，对水分子具有良好的亲和力，是一种良好的干燥剂。硅胶最适合的吸湿环境为室温（20 32 ħ ）、高湿（60% 90%），它能使环境的相对湿度降低至40%左右，因此硅胶干燥剂应用范围非常广泛。同时，硅胶的化学组分和物理决定了它具有其它同类材料难以取代的特点：吸附性能结构，高，热稳定性好，化学性质稳定，有较高的机械强度等。硅胶干燥剂是把硅胶封在不同包材内制成不同克数的小包装，重量从0．5g 到1000g 不等，主要用于干燥剂、除味剂、防潮珠等，广泛用于仪器、仪表、器械、皮革、鞋类、食品、药品、工艺美术品等的近年来硅胶的生产呈现出快速发展态势，专业化分工趋于

。

2．2硅胶在农业领域的应用

优质硅胶可作为柱层层析硅胶的原材料，利用硅胶表面的

键合技术，使硅胶表面带有不同的官能团，用于中草药有效成分的分离提纯、高纯物质的制备、色谱担体或担体原料和有机物质。除此之。，

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广州化工2011年39卷第24期

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外，硅胶也可用作动物饲料添加剂，可以防潮，防粘，不影响饲料

的营养成分。

2．3硅胶在喷墨打印技术方面的应用

硅胶的比表面积很大，因此具有较大的表面自由能，体系处

当表面吸附其他物质后，表面自由能降低，体系于不稳定状态，

趋于稳定。表面能是SiO 2吸附水分的动力，因此硅胶具有良好

的吸水性。并且硅胶具有良好的固墨性，能形成特定的微孔网络，这种网络能把墨滴牢牢的固定住，技能保证优良的影像质

［16］

又能缩短干燥时间，故微孔硅胶被认为是彩喷纸用最佳颜量，料

［17］

。的粒径小、比表面积大、吸油量高、多孔的特性决定了它

成为彩喷纸涂料的首选颜料。微孔型二氧化硅硅胶作为一种颜料应用于制作彩色喷墨打印纸的吸墨层，能够显著提高彩色喷印品的质量，尤其是以之获取彩色鲜艳饱和、影像清晰、亮度高的照相级彩色照片。

3结语

近年来国内外硅胶的专业化分工清晰，技术水平快速提高，应用领域向广度和深度扩展，产能扩大，竞争加剧。我国的基础硅胶近年来发展十分迅猛，规模总量已经占到全球的一般，成为

是繁荣全球硅胶发展的一支重要力量。随着技术进一大亮点，

步和竞争的日益激烈，我们只有依靠自身优势，加大研发投入，

拥有自己的核心技术，才能抢占高端市场。

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