如何还原二氧化硅?
替身蟲Hq49
本发明涉及一种真空碳热还原制备高纯球形二氧化硅的方法,采用生物质燃烧灰、粉煤灰、二氧化硅矿为原料,木炭、石油焦或煤为碳质还原剂,在真空炉内,进行碳热还原反应,生成一氧化硅气体,冷却后发生歧化反应生成球形纳米二氧化硅和球形纳米硅,经过氧化处理,生成高纯球形二氧化硅,其纯度大于９９．９９％,成球率达到９０％以上,粒度分布均匀,粒径为５０－２００纳米之间,以满足电子、电器、化工产品的功能填料的需要.
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C+SiO2=CO2+Si 2CO+SiO2=2CO2+SiH+SiO2=HO2+Si 所有的2都是下标.
先与HF反应得SiF4.再用氢气还原。。。。
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400-675-16003.1.4.硫化物气凝胶1997年，Gacoin等人报道了CdS的干凝胶和湿凝胶的制备，过程有胶束的逆生长，加帽，分离，再分散，链接。2004年，Brock小组首次合成了硫化物(CdS)气凝胶，他使用了一个类似的方法加上一个低温SCFD技术。2005年，Brock的小组在science上发表了制备不同种类硫化物气凝胶的工作，引起了人们极大地关注。2007年，为了调整这类气凝胶的代隙，Bag等人和Brock的小组同样是在science上分别报道了Pt2+/硫化物团簇气凝胶以及Hg2+修饰Pt2+/硫化物团簇气凝胶的制备。此外，Brock小组在2007年将反映的机理详细的报道出来。此后，各式各样的硫化物气凝胶被报道出来，其中包括直接合成的以及粒子替换得到的气凝胶。制备硫化物气凝胶的基本方法是非常精巧的。在一个均一系统中，由于生长速度快加上链接能力弱，这就使得硫化物形成一个稳定的骨架是比较困难的。不然的话，就会产生沉淀。硫化物纳米粒子的生长是局限于一个反胶束系统的微小水相区域中。包覆粒子可以防止其沉淀。分散之后，包覆基团可以慢慢地被氧化物（通常的双氧水）氧化。分散的纳米颗粒链接起来最终转变成一个稳定的系统，这种方法对于制备那些难以在均一系统中成形的胶体来说是极具重要意义的。&3.1.5.其他单一组分的气凝胶其他单一组分的气凝胶当然包括一些源自天然材料的气凝胶，如动物胶，琼脂，蛋白以及橡胶。然而，其他一些人工合成的具有纯净的组分和可控的微结构的气凝胶在这一部分中也将提到。比如说，源自Si(NHMe)4，带有Si-N-Si基本骨架的硅氮化合物气凝胶是比较有趣的。碳基质气凝胶和金属基质气凝胶的制备可以借助碳热还原转变来完成。2010年，Leventis等人首次制备出了碳化硅起凝胶，他是采用二氧化硅气凝胶样品和聚丙烯腈涂层的链接反应制得。Worsley等人用碳热还原将氧化硅碳涂层转变成了SiC/C气凝胶。Leventis进一步说明了对于不同种类的多孔金属和碳化物气凝胶通过对金属氧化物或是RF气凝胶进行碳热还原处理都是可以得到的。此外，很多关于碳化硅材料的文章在此之后得以发表。值得注意的是,Jung等人研制出一种较为灵巧的工艺来制备3D气凝胶，原材料是一维或是二维纳米模块如银纳米线，二氧化锰纳米线，单层碳纳米管，MoS2纳米片，石墨烯纳米片，h-BN纳米片。制备过程有三部，包括：(1)将各个模块分散在大量的溶剂中（溶剂中可加可不加表面活性剂）（2）缓慢蒸发分散体系加速凝胶（3）超临界干燥。由于这些模块比通常的气凝胶更容易合成，因此这种方法有望合成越来越多的新型气凝胶。我们课题组研制出了一种简单的制备碳化硅气凝胶的方法，通过镁催化低温处理过的RF/氧化硅样品。样品是通过相继加入RF溶胶和二氧化硅前驱体，再凝胶得到。镁蒸汽的还原能力强于碳，这就有可能合成更多种类的碳化物气凝胶甚至是金属气凝胶。基于这一理念，我们将氧化硅气凝胶进行镁热还原就得到了单质硅气凝胶。3.2.复合材料气凝胶的制备单一组分气凝胶的制备是气凝胶研究的根本目标。从理论上来讲，单一组分的气凝胶的制备工艺成熟就意味着复合材料气凝胶的制备不是问题。复合材料气凝胶的制备与其说是科学研究不如说是技术革新。然而，情况并非我们想象的那么简单。详见下一部分。3.2.1.多种成分的气凝胶这里所说的多种成分的气凝胶是指由不同化学组分相互穿插在一起所组成的气凝胶。换句话说，一些只是单纯掺杂而没有将结构也嵌入凝胶体系的气凝胶没有在这里做出介绍。多种组分气凝胶的制备关键在于协调各个对应单一组分气凝胶的工艺参数，包括溶剂的选用，PH值的调节，催化剂，成核/生长速率，温度，压强等等。例如，金属氧化物/二氧化硅气凝胶结合了金属氧化物的功能和二氧化硅的微结构于一身。然而，采用TS法制备富含金属氧化物的复合气凝胶不是那么的容易，原因在于金属醇盐和硅醇盐的水解/缩聚的不协调。03到04年间，Gash小组采用EA法将无机金属盐的前驱体和TMOS再凝胶研制出了一种混合氧化物的金属硅气凝胶的工艺流程，从而解决了这一问题。金属氧化物甚至可能是这种气凝胶中的主要相。我们将先后加入环氧化物和氢氟酸（TMOS凝胶的有效催化剂）的过程改为只加入环氧化物来加速缓慢的再凝胶过程，其原因在于环氧化物和HF的不协调作用。我们组进一步研制出了一种快速形成多种组分胶体的方法，那就是将TMOS和环氧化物预先反应之后和二氧化硅/金属氧化物在乙腈溶剂中的再凝胶。环氧法对制备多级金属氧化物气凝胶也是有用的。基于这一理念，分别制作出了CuO-NiO和ITO气凝胶用于催化剂和导电氧化物。含RF的金属氧化物气凝胶是制作金属氧化物/碳气凝胶，金属/碳气凝胶和碳化物气凝胶的较为理想的样品。用金属盐溶液混合功能化的RF网络将得到相对低得金属含量。2009年，Leventis等人发现一种新体系来制备CuO-NiO气凝胶，他采用DMF作为共溶剂，酸催化过得RF溶胶作为RF原料。这种穿插结构可以确保较高的金属氧化物含量同时也极具制备金属氧化物/RF复合气凝胶的潜能。3.2.2.梯度气凝胶1992年，Fricke小组通过将均一气凝胶在梯度温度下的不均匀收缩制备出了第一批梯度密度气凝胶，但是梯度变化不是很明显。采用层层叠加的方法可以制备出梯度结构分布的气凝胶。但是从狭义上讲，凝胶叠凝胶或是溶胶叠溶胶的方式只能看成是分层的气凝胶而不是梯度气凝胶。较高梯度的气凝胶是通过梯度混合的二氧化硅溶胶的共凝胶的方法在Jet Propulsion Laboratory（美国喷气推进实验室）成功制备出来的。此外，我们制备出了中国第一块梯度密度气凝胶并且成功地收集到了高速粒子(速度大于3 km/s)，而且只留下几毫米的捕捉深度坑。我们尝试采用微加工和层层凝胶的方法制备极薄分层RF气凝胶，并获得成功。这一气凝胶可以作为研究低温高压下铝状态方程的梯度飞片。3.2.3.微纳复合气凝胶气凝胶是一种拥有很多特殊性能的物质状态。它仅有的不足可能就是骨架比较薄弱，它的杨氏模量低到~104 Pa，抗屈强度仅有几个帕斯卡。更重要的是，他极易破碎，这就使得它在实际应用当中受到限制。由于其极低的固体含量以及大量的缺陷使得我们无法仅仅通过改变工艺参数增强其骨架结构就能从更本上改善它脆弱的自然属性。1999年，Morris等人报道了他们通过使用将要凝胶的二氧化硅溶胶作为纳米胶制备出了复合气凝胶的通用流程。许多研究人员吸收了其思想将纤维或纤维毡作为增强气凝胶性能的物质，Aspen Inc.Cabot Corporation and Nano High-tech Co. Ltd. in China也跟着应用起来。微米尺度的粉末是另外一种添加剂，他可以减少红外辐射热转化，提高热稳定性，还可以作为还原剂。用树脂给氧化硅气凝胶加帽或是二氧化硅气凝胶的网络相互穿插，同时树脂也是一种增强气凝胶的有效方式。表面修饰可以促进结合从而使得复合气凝胶均匀。顺便提一下，将气凝胶粉末加入到树脂中的颠倒理念可以使得树脂的力学和热学性能显著提高。4.研究趋势如图2中所示，气凝胶的研究有单一组分和复合组分构成，就好比中国的太极图分别由阴阳构成。单一组分气凝胶的研究室基础的、科学的、具有潜在价值的，而复合组分的气凝胶是实用的、技术的、可以直接应用的。制备新型单一气凝胶、设计复合气凝胶或是将气凝胶应用于工业是同等重要的。4.1.新型单一组分气凝胶的制备用新型材料制备出单一组分的气凝胶是相对困难确具有重要价值的。一系列新的气凝胶包括硫化物，碳纳米管，石墨烯，钻石，碳硅化合物气凝胶等在21世纪被成功地发明出来。下一生机勃勃的一类可能就是碳化物气凝胶或是单一元素气凝胶(主要是金属）。Leventis等人的碳热还原已经给我们打下了很好的基础。金属氧化物/RF气凝胶样品制备出碳化物气凝胶或是单一组分的气凝胶会是多样而可控的。一方面，几乎所有种类的金属氧化物气凝胶可以通过DIS或是EA法轻易制得。另一方面，在适当溶剂下酸催化的RF溶胶很容易和金属氧化物相互穿插。这样，有可能跟多种类的碳化物或是单一组分的气凝胶将通过镁热还原制得。希望是越来越大的，新的材料将填补气凝胶态从而使得人们更加接受这一状态。4.2复合气凝胶的材料设计前面的章节中提到，早期大量的气凝胶制备出来，这就为设计和制备具有实际有益应用的复合气凝胶提供了足够的技术。例如，ITO，YSZ (yttria-stabilized zirconia以及二元氧化物气凝胶已经制备出来用做氧化物导体和催化剂。碳化的RF气凝胶同时被认为是一种制作超级电容和电容性去离子器的高效率电极材料。最近，Chien等人报道了通过使用镍辉钴/碳化物作为电极制造出一种拥有极高的额定电容量，高等级的储电能力，极佳的循环稳定性的优异超级电容器。因此，使用金属氧化物/CRF复合气凝胶可能是提高电容性能的好办法。此外，气凝胶还用于高能物理实验。例如，极轻的金属氧化物/二氧化硅气凝胶可以大大提高激光的转换效率。通过设计浓度梯度可以进一步提高效率。极薄的分层气凝胶可以用于低温高压下研究其他物质的状态方程。密度可调的双分子层扰动气凝胶可以作为研究水动力不稳定性的潜在靶。漂亮的梯度曲线提高了高速粒子收集的效率。许多其他的应用将根据需求与制备技术而设计出来。4.3.气凝胶的工业应用相较于其他的应用，工业应用直接造福于人类。然而，由于气凝胶的成形性差以及力学性能的不足使得在现阶段大部分气凝胶难以在工业上得到应用。除此之外，较低的产量以及较高的成本限制了其商业化进程。因此用于高能物理和宇宙探测的气凝胶往往不能用于工业。二氧化硅气凝胶，最为古老且技术最成熟的气凝胶存在着巨大的商业和民用价值。中国政府在十二五规划纲要中提出要将气凝胶作为建筑的保温隔热材料。纤维增强二氧化硅气凝胶是按照中国国家标准防火，防水，机械强度大同时可用于外墙的隔热标准制得的。两种可替代的干燥方法包括表面修饰常温干燥以及准连续二氧化碳超临界干燥都是可行的。常温干燥需要使用昂贵的可循环硅烷改性剂，而SCFD由于在高压下完成，有潜在的安全隐患。最后的选择主要得根据对环境影响、生产效率、成本、安全性和产品性能来综合考虑。我们希望在不久的将来看到大批的环保建筑披上高效隔热的气凝胶“时尚外衣”。5.总结经过近80年的发展，气凝胶的种类，应用，制备方法已经丰富多彩了。特殊的性能和多样的化学组分使得气凝胶被看作是一种物态。在这片综述中，制备单一组分气凝胶和复合组分气凝胶包括氧化物，有机物，碳，硫化物，多种组分，梯度，微纳结构和其他许多种类的气凝胶的有代表性的方法我们都详细介绍了，同时希望能够激发读者去创造出新的气凝胶种类或是有新型的应用设计。气凝胶研究历史上有三次高潮，前两次没有显著的技术革新，第三次在进入21世纪之后出现了大量新技术。气凝胶的研究依旧在前进且是如火如荼。希望越来越多的研究人员关注新型单一气凝胶的制备，复合气凝胶的设计和气凝胶的工业应用，给这一物质状态一个光明的未来。致谢这一工作得到了国家自然科学基金和国家高技术研究和发展项目的支持，作者也想感谢妻子周非，和许维维博士的帮助。
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TA的最新馆藏君，已阅读到文档的结尾了呢~~
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真空碳热还原过程中二氧化硅的..
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真空碳热还原过程中二氧化硅的挥发行为
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3秒自动关闭窗口用碳在高温下还原二氧化硅的方法的化学式是什么反应类型 还有他的化学式是什么急
妙恋wan16408
2C+SiO2=高温=2CO↑+Si‘所以是置换反应,也是氧化还原反应
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