[0004] 本发明提供一种制备纳米二氧化硅的方法，该方法在一种超重力微反应装置中进行，可极大的缩短了原料之间的接触时间，强化雾化效果和传质过程，与传统制备工艺相比，该方法工艺简单，能耗低，得到的二氧化硅粒径尺寸均一可控。
[0005] 本发明的目的是通过下面技术方案具体实现，然而本发明可以不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式，以使得本发明对于本领域技术人员来说是彻底和完整的，并且将充分地传达本发明的范围。
[0006] 除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语具有如本发明所属技术领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。在本文的描述中所使用的术语是用于描述特定的实施方式，而不是对其进行限制。
[0007] 本发明的主要技术方案如下：首先配制含有硅源的溶液A和含有沉淀剂的溶液B，其中溶液A和溶液B中均溶有表面活性剂；然后将溶液A和溶液B加入到超重力微反应装置中反应得到前驱体浆料，将前驱体浆料与等质量的去离子水置于高压反应釜中后，加入分散剂和矿化剂溶剂热处理，最后将溶剂热处理后的混合物固液分离，固体经洗涤、干燥、焙烧后得到粒径尺寸为10～100nm的纳米二氧化硅。
[0008] 在本发明方法中，反应原料可以有两种选择方案，一种原料选择方案是：溶液A中硅源为硅酸钠，溶剂为去离子水，其中硅酸钠的质量浓度为10-20%；溶液B中沉淀剂为硝酸铵、氯化铵、硫酸铵中的一种或多种，且沉淀剂在溶液B中为饱和状态。另一种原料选择方案是：溶液A中硅源为正硅酸乙酯，溶剂为无水乙醇，其中正硅酸乙酯的浓度为0.2～10mol/L；溶液B中沉淀剂为氨水，溶剂为无水乙醇与去离子水的混合液，其中氨水在溶液B中的浓度为0.1～3mol/L，乙醇与去离子水的体积比为(0.1～1):1。在上述两种原料选择方案中，溶液A和溶液B中均加入了表面活性剂，且表面活性剂在溶液A和/或溶液B中的浓度为0.1～
1mol/L，其中表面活性剂可以是十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基磺酸钠、油酸钠、硬脂酸、壬基酚聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、月桂酸甘油酯、月桂基硫酸钠中的一种或多种。
[0009] 优选的，在本发明方法所述的在超重力微反应装置反应过程中，溶液A和溶液B之间的体积流量比为1:(1～6)，反应温度为20～50℃。
[0010] 优选的，在本发明方法所述的溶剂热处理步骤中，溶剂热处理温度为80～200℃，处理压力为0.5～2MPa，处理时间为1～24h，分散剂的浓度为0.1～2mol/L，矿化剂的浓度为0.01～0.5mol/L。其中分散剂可以是乙二醇、丙三醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙二醇（400～2000）、聚乙烯醇中的一种或多种，矿化剂可以选择盐酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、磷酸、亚磷酸、甲酸、乙酸、草酸、酒石酸、氟化钠、氟化钾、氟化铵中的一种或多种。
[0011] 优选的，在溶剂热处理之后对产品通过抽滤或离心方法进行固液分离，依次用去离子水、无水乙醇洗涤，洗涤后在40～80℃下烘干3～10h，最后在400～700℃条件下焙烧3～12h，最终得到纳米二氧化硅产品。
[0012] 本发明所使用的超重力微反应装置包括壳体总成、超重力微反应系统、进样轴和动力传动系统。其中壳体总成由外壳、顶板、底座、隔板和用于连接固定的固定件组成。超重力微反应系统由转鼓、填料层和微反应盘组成，填料层与转鼓形成密闭腔，微反应盘置于密闭腔中部，且微反应盘外缘与填料层之间的水平距离为10～100mm。进样轴通过固定件与顶板固定，内部设有进样管。
[0013] 动力传动系统包括传动轴、电机、轴承和联动装置，其中第一传动轴为空心装置，所述第一传动轴在穿过第二隔板上的第二轴承和第一隔板上的第一轴承后通过1#固定底座与转鼓连接；第二传动轴依次穿过第三隔板上的第三轴承、第二隔板上的第四轴承和第一传动轴的空心部分后通过2#固定底座与微反应盘连接。联动装置包括设在第一传动轴内壁上的内齿圈、第二传动轴上的1#齿轮和2#齿轮组，通过固定架和固定轴来固定2#齿轮组的相对位置，最终实现转鼓及填料层与微反应盘之间的同轴反向转动，微反应盘的转速为200～4000rpm。其中第二转动轴与转鼓之间通过密封圈密封连接，并且进样轴、转鼓、密闭腔、微反应盘、第一传动轴、第二传动轴具有共同的轴心线。
[0014] 优选的，电机与第三传动轴连接，并通过套在第二转动轴上的1#锥齿轮和套在第三传动轴上的2#锥齿轮组成的锥齿轮联动装置带动第二传动轴转动。可通过改变1#锥齿轮和2#锥齿轮之间的齿数比调整第二转动轴与第三转动轴之间的转速比；可通过改变1#齿轮、2#齿轮以及内齿圈之间的齿数比使微反应盘与转鼓之间的转速比，其中微反应盘与填料层之间的转速比为(1～5):1。
[0015] 在本发明中所采用的超重力微反应装置中，进样系统和超重力微反应系统有两种不同的设计。
[0016] 在其中一种装置中，微反应盘由上盘和下盘组成并通过螺栓将上下盘固定，上盘与下盘之间形成混料腔和微反应通道，混料腔位于微反应盘的中心位置并由多个挡板均匀分割。微反应通道尺寸范围为0.01～2mm并呈直线型放射状或弧线型放射状分布，微反应通道与混料腔连通且其尺寸随着向微反应盘的外缘的延伸而缩小，并在接近于微反应盘外缘处呈扩径结构。上盘轴心位置设置有圆孔，圆孔外缘设有高于上盘外表面的台面；下盘内侧轴心位置设有柱状凹槽。进样轴内部还设有环形进料腔，环形进料腔底部与进样管连接。进样轴在穿过上盘的圆孔后尺寸收缩呈锥形结构并在最末端形成实心柱状凸起并楔入到下盘的柱状凹槽中。进样轴内部还设有环形进料腔，进样管与环形进料腔底部连通并延伸至进样轴的锥形面上。进样轴与转鼓之间、进样轴与圆孔之间、柱状凸起与柱状凹槽之间均通过密封圈连接。
[0017] 在另外一种装置中，进样轴通过3#固定底座与雾化盘连接，其中雾化盘半径尺寸不大于微反应盘半径尺寸，不小于进样轴的半径尺寸。进样管与进样口连接并延伸至进样轴末端，在雾化盘中心位置设有与进样管位置相对应且呈文丘里形的进样孔道；微反应盘与雾化盘的间距为0.01～0.1mm，微反应盘的顶面与雾化盘的底面分布有尺寸范围为0.01～1mm凹槽作为微反应通道。其中雾化盘上的微反应通道呈蜂窝状分布，微反应盘上的微反应通道呈蜂窝状分布，或着在雾化盘投影部位上呈蜂窝中分布而在投影部位之外处呈直线型放射状或弧型放射状分布。
[0018] 本发明所述的制备纳米二氧化硅的方法中，可通过调变微反应盘与填料层的转速以及微反应通道尺寸实现二氧化硅粒径尺寸的可调变性，且所得到的纳米二氧化硅粒径分布均一。优选的，微反应盘的转速为900～2400rpm，微反应盘与填料层之间的转速比为(1～2.5):1，微反应通道的尺寸范围为0.1～1mm，制备的二氧化硅平均粒径尺寸为10～30nm。
[0019] 与现有技术相比，本发明采用超重力微反应装置来制备纳米二氧化硅，本方法利用微反应通道可使反应原料快速均匀混合，并在超重力和剪切力的作用下使原料不断的被破碎成纳米级的膜、丝和滴，产生巨大的和快速更新的新界面，强化了传质效果，降低了产物的成核尺寸，提高了纳米材料的分散度和均匀性。本发明工艺简单，原料选择广泛，生产效率高，能耗低，得到的二氧化硅粒径尺寸均一可控，具有很好的工业化生产价值。
[0020] 本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
