硅灰石是一种天然偏硅酸纤维矿物，具有许多优良的工业应用特性[1]。硅灰石粉是一种优质的陶瓷原料和冶金助剂。高长径比硅灰石是石棉和短玻璃纤维的理想替代品。可用作橡胶、塑料、油漆的填料，起到增量和补强的双重作用。但填料在涂料、橡胶、塑料中的应用效果并不理想。硅灰石精矿中CaSiO3含量高，杂质少，易与无机酸反应，是制备无定形二氧化硅的廉价天然硅源。无定形二氧化硅广泛用作高级橡胶、密封剂、纸张、塑料、电缆中的补强剂、填充剂、覆盖剂和涂料，油墨中的增稠剂和防沉剂。具有蜂窝状多孔结构和高比表面积，可作为新型催化剂载体、选择性吸附剂和绝缘材料用于航空空等高科技领域[2]。利用硅灰石与酸反应制备高比表面积二氧化硅已成为硅灰石综合开发利用的主要发展方向。

一.研究概述

利用硅灰石与酸反应制备高比表面积二氧化硅的研究是我国无机材料领域的重要研究内容，国内一些学者已陆续发表了相关研究成果。彭·[3]利用硅灰石悬浮液与盐酸反应制备高比表面积多孔二氧化硅。结果表明，当pH值≤1.0时，硅灰石与盐酸反应生成大量稳定的硅酸溶胶；最后(pH =4.0)，硅酸的水解和缩聚以及Si-O和OH基团之间氢键的形成以适当的速度进行，形成弱交联、网状和低密度的硅酸凝胶，最终产物SiO2的比表面积增加。

陈等[4]用硅灰石悬浮液与盐酸反应合成多孔二氧化硅。在反应过程中加入无机和有机添加剂，通过反应体系的pH值来控制酸的加入速度。结果表明，用硅灰石合成多孔二氧化硅时，产物的比表面积主要与聚合速率K有关，但第一步的溶解速率K会限制聚合速率K，当反应体系的pH值稳定>:2时，产物的比表面积明显较低；当pH值

王延吉等[5]通过在反应溶液中加入添加剂，合成了高比表面积的多孔二氧化硅。合成条件为pH ≤1.5，添加剂为聚乙二醇和NH4CI。反应结束后，体系中和至pH =4.0，经固液分离、干燥和650-750℃煅烧2h后得到产品。测试得到的产品比表面积为479±45 m2/g，表观密度为0。34±0.03g/cm3，DBP吸附率为173±16ml/100g，平均中值粒径为6.9±0.5 GM，孔径分布集中在1 ~ 2nm。

陈等[6]采用五因素四水平正交试验研究了影响硅灰石合成聚空SiO2粉体产率的因素。结果表明，当反应时间为80min，陈化时间为20min，反应温度为50～55℃，所用酸为12mol/LHCl，硅灰石用量为80g时，悬浮液质量分数对粉体产率的影响最大，NH4C1的加入量影响最小。当悬浮液质量分数为20%，选用表面活性剂PEC20000，体系最终pH值为6.0，NH4C1加入量为5%，表面活性剂加入时间为40min时，产率最高。

二。多孔二氧化硅的制备方法

关于高比表面积二氧化硅的制备有许多报道[7]，但大多数是通过添加试剂或以TEOS或TMOS为原料的超临界干燥，使用溶胶-凝胶法来实现的。

关于由硅灰石制备多孔二氧化硅的研究相对较少。在相关文献[3，4]中，提出在多孔二氧化硅的制备过程中有两个反应，即CaSiO3的溶解和硅酸聚合成固态:

CaSiO3+2HCl+H2O=H4SiO4+CaCl2

上式是溶解反应。反应速度取决于酸的浓度，即体系的pH值越低，反应速度越快。

硅酸的聚合是复杂的。在高酸性条件下，硅酸主要以可溶性低聚物和形式存在，其中Am代表[Si(OH)4m+2]2-，An代表[Si(OH)4n+2]2-，其反应式如下:

上式为聚合反应，无释放，体系pH值无变化。如果分子量不够大，它可以继续与中性低聚物分子H2An聚合，直到高聚物发生相变，沉淀出水合二氧化硅。聚合速率与体系H2An的浓度有关(H2An决定了体系的浓度)。总的反应是:

casio 3(s)+2 HCl = SiO 2(s)+CaCl 2+H2O

三。性能特征分析

由于多孔二氧化硅是人工合成的无定形二氧化硅超细颗粒，它具有耐酸、耐碱、耐高温和良好的电绝缘及分散性能。与此同时，无定形二氧化硅正在向高孔隙率、高比表面积方向发展，特别是介孔(孔径2 ~ 50 nm)。无定形二氧化硅具有中等孔径、窄而均匀的分布范围和巨大的比表面积，特别适合作为合成有机大分子的催化剂载体。

四。应用研究

(1)在吸附领域的应用。

多孔二氧化硅具有巨大的比表面积和孔容，在吸附领域，尤其是在有机染料的吸附方面具有巨大的应用前景。

(2)在硅橡胶中的应用。

多孔二氧化硅能促进硅橡胶生胶的成型，对硅橡胶有一定的补强作用。其中硫化橡胶的拉伸强度、拉伸速率等力学性能可以满足部分橡胶制品的要求。与酸处理硅灰石得到的其他不同比表面积和粒径的样品相比，多孔SiO2的小粒径和高比表面积促进了其增强性能[8]。

(3)纳米二氧化硅隔热膜的制备。

纳米多孔二氧化硅薄膜作为二氧化硅气凝胶的薄膜形态，继承了其几乎所有的优异特性，可用作宽带减反射膜、防眩光涂层、高效隔热层、声阻抗耦合材料、低介电常数绝缘层、超高速集成电路基板、分离膜、过滤膜、催化膜等。因此在光、热、声、电、化学等领域具有广阔的应用前景[9]。

(4)其他应用。

由于其多孔性和高比表面积，多孔二氧化硅可用于其他应用，如催化剂载体和尾气净化。

动词 （verb的缩写）结论。

高比表面积二氧化硅是一种新型轻质多孔无定形固体材料，具有许多特殊性能和广阔的应用前景。在基础研究中，多孔二氧化硅的结构及其网络与吸附分子的相互作用引起了人们极大的兴趣。在应用方面，多孔二氧化硅已被用作催化剂载体、气体过滤材料、高效隔热材料等。由于硅灰石具有独特的物理化学性质，由硅灰石制备高比表面积二氧化硅将是今后硅灰石开发利用的主要发展方向。

参考资料:

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