广州大学化学化工学院本科学生综合性、设计性实验报告实验课程化学工程与工艺专业实验实验项目传统法制备沉淀二氧化硅及产品性能检测与表征专业精细化工班级07化工1学号姓名指导教师及职称陈姚教授开课学期2010 至2011 学年第一学期时间2010 年12 月23 日传统法制备沉淀二氧化硅产品及产品性能检测与表征（广州大学化学化工学院）【摘要】影响沉淀法制备所得的沉淀二氧化硅产品性能的因素有很多，诸如反应温度、pH 、加料速度、原料浓度与质量等。
本次实验设计在不同的温度与不同的投料速度来制备沉淀二氧化硅，并通过测定产品的吸油值、微观结构以及红外光谱来鉴定其性能以及判断最佳反应条件。
【关键词】沉淀二氧化硅；沉淀法；传统法；表征分析【前言】随着沉淀二氧化硅工业的广泛应用和深入发展，各种生产工艺也不断成熟和完善，制备沉淀二氧化硅的方法有很多，从基本原理上划分有气相法和沉淀法。
本次实验采用的制备方式为液相法，液相法主要是指沉淀法，传统的沉淀法通常以水玻璃和无机酸为原料，利用中和沉淀反应的方法来制取沉淀二氧化硅粉体。
沉淀法制沉淀二氧化硅的生产技术较为简单、设备装置要求相对较低，原料易得，成本低，较适合工业生产，但能耗相对较高，对环境有较高要求，产品活性不高，颗粒大小不易控制，亲和力差，补强性能低，颗粒表面亲水性集团键合严重，会削弱产品的结合力。
[Abstract] Affect the precipitation preparation income silica product performance on a number of factors, such as reaction temperature, pH, feeding speed, raw material concentration and quality, etc. This experiment design in different temperature and different feeding speed to preparation precipitation, and through determination of product sio2 of oil absorption value, microstructure and the infrared spectrum to identify its performance and judge the best reaction conditions.[Key Words] Precipitated silica, Precipitation, The traditional method, Characterization analysis[Introduction]With the wide application of precipitated silica industry and development, various production process also unceasingly maturity and perfection, preparation of precipitated silica many methods, from the basic principle of classified in furious mutually method and precipitation. This experiment used for liquid methods of preparation way, the liquid phase methods mainly refers to the precipitation, the traditional precipitation normally with sodium silicate and inorganic acid as raw materials, using the neutralization reaction method to precipitate producing precipitation silica powder. Precipitation legal precipitation silica production technology is relatively simple, equipment requirements are relatively low, reactants, low cost and suitable for industrial production, but relatively high energy consumption of environment, higher demand, product activity is not high, particle size and not easy to control, affinity is poor, reinforcing performance low, particle surface hydrophilic group bonding serious, will weaken the product of zincification.一、实验部分1、实验原理液相法主要是指沉淀法，传统的沉淀法通常以水玻璃和无机酸为原料，利用中和沉淀反应的方法来制取疏松、细分散的絮状白炭黑粉体。
其反应式为：()()O H m SiO n SO Na O mH SiO H nSiO O Na 2242232221+⋅+=++⋅在沉淀法生产过程中可根据成品要求，通过调节反应过程中物料的比例，流量及反应的温度、时间，以及干燥条件，可得到不同比表面积，粒径、纯度、形态、结构度、孔隙度的制品。
生产工艺不同，其物理化学特性也各不相同，正好可满足不同用途和性能的要求。
故此本次实验运用控制变量法，通过改变反应条件（反应温度以及投料速度）以制备不同性能的沉淀二氧化硅产品，并通过测定几个表征数据以鉴定其性能优劣以及判断反应的最佳反应条件。
2、实验材料与设备药品：水玻璃（40Be′ 28%）、浓硫酸（95%）、氯化钠（分析纯）仪器：恒温水浴锅、电子搅拌器、干燥箱、常规的玻璃仪器、电子天平、真空抽滤泵、抽滤瓶、测定DBP用微量滴定管、XJZ-6型正置式金相显微镜、红外光谱检测仪器。
3、制备实验过程(1)将28%水玻璃加水稀释到浓度为10%，真空抽滤后得精制的水玻璃，备用；将95%的硫酸用水稀释，配制成浓度为25%的硫酸，备用。
(2)将200mL水装进500mL的烧杯中，并加入精制的水玻璃使pH在7-8范围内，加入1.0g氯化钠，并用恒温水浴锅加热搅拌至80℃。
(3)在30min内逐渐滴入100mL精制水玻璃与适量25%硫酸，并保持反应温度为80℃，pH控制在7-8之间。
(4)反应结束后继续加酸使pH<5，陈化20min。
然后经过过滤、洗涤后在110℃下干燥至恒重，冷却后得产品。
(5)改变投料用时为50min，重复上述操作制得另一组产品。
(6)改变反应温度为95℃，并在此温度下分别改变投料同时为30min、40min、50min，重复(1)至(4)操作，得到另外三组产品。
二、测定部分1、二氧化硅吸油值（DBP）的测定。
1）实验步骤。
a.称取干燥的样品1g（精确到0.001g），置于玻璃板上，开始以较快的速度滴加DBP。
b.当滴加到相当于试样吸油值的2/3时，用玻璃棒轻轻调和，使DBP与试样浸润均匀，然后不断滚压，使粒状试样全部破碎。
c.以较慢的速度继续滴加DBP并不断滚压。
d.当试样与DBP混合物出现小条状或小块状时，可将试样全部滚至玻璃棒上，同时，玻璃棒上不出现油迹时为滴定终点。
e.吸油值的单位用1g试样吸收DBP的体积（mL/g）表示。
2）精确度。
一般对同一样品的测试要进行两次，两次的测试结果之差不能超过0.15ml/g，否则测试结果无效。
每次操作应在5~7min内完成。
操作时间过长，会因为二氧化硅的潮解而影响结果，取两次结果的平均值作为测试值。
2、二氧化硅微观结构的测定。
1）试样条件。
试样经300目筛子过筛，测试过程中保持空气干燥，室温控制在25℃±2℃。
2）操作步骤。
开机：打开电源，调节光源的亮度，物镜调到40X，目镜调到10X，装入相机。
制玻璃片：取一块载玻璃片，用手拿一小块状样品轻轻捏碎于玻璃片上，然后用玻璃棒轻轻涂抹，切勿用力过猛导致样品结构破坏。
涂抹到载玻片上附有一层极薄的样品为佳。
拍摄：将载玻片放在载物台上，调节焦距，直到相机屏幕出现透明晶体状时，就可以进行拍摄。
应该尽量去屏幕出现最多的晶体来拍摄。
下一样品重复以上操作。
关机：关闭电源，取出相机。
3、红外光谱的测定。
利用红外光谱仪测定红外光谱图。
三、测定结果1、吸油值DBP结果：2、红外光谱图产品1（反应温度：80℃投料用时：30min）：压片过程尝试十余次，均未能成功压片。
从压得的片状物可知该条件下的产品粘度较大或水含量较大，产品质量较为低下。
以下分别为产品2（反应温度：80℃投料用时：50min）、产品3（反应温度：95℃投料用时：30min）、产品4（反应温度：95℃投料用时：40min）以及产品5（反应温度：95℃投料用时：50min）的红外光谱图：3、微观结构分析四、结果分析本次实验制备过程中并无异常状况出现，得到表征良好的沉淀二氧化硅产品。
实验过程较为难控制的是中和反应过程中对pH值的控制以及对滴加速度的调整，由于pH也是除温度、投料时间外对产品质量的一个重要影响因素，故此从实验产品的产量以及质量来看，产品均属优良。
首先通过产品的吸油值DBP来看，随着温度的升高或投料时间的增长，吸油值呈递增的趋势。
结构越大，吸油值越大。
吸油值大，其微粒小，比表面积大，在橡胶中补强性好，表明聚集状态的枝键结构多。
也就是说，产品5的性能最为优异，产品1的性能最为低下。
这与微观图观察所得结果也比较相符，产品5的粉粒较为微细，产品2颗粒较大。
其中吸油值与温度的线性关系如下：另外，通过观察产品的红外光谱图得，各产品的红外光谱图基本一致，则说明各产品组成基本相同。
而产品均在3434~3444cm-1之间出现较宽的吸收峰，改峰是对应于-OH基的反对称伸缩振动和对称伸缩振动。
而在1100cm-1左右均出现强吸收峰，该吸收峰为Si-O-Si的反对称伸缩振动吸收。
由此可以总结得：产品沉淀二氧化硅的粒径会随温度的升高以及投料用时的增长而减小，故此适当的高温以及尽量减慢投料速度对反应制得的产品质量会有所提高。