第一篇：二氧化硅處理方法的研究

二氧化硅處理方法的研究 08級化學(xué)工程與工藝黃星橋 摘要：隨著人們環(huán)保意識的不斷增長，綠色消費已是當(dāng)今世界上流社會的時尚。化工生產(chǎn)中，易揮發(fā)的毒性有機溶劑漸漸被水所取代，各種無機顆粒填充聚合物乳液體系已得到較為廣泛的應(yīng)用，由于涂料產(chǎn)品總量之大，水性涂料首先成為環(huán)境標(biāo)志的典型代表【1】。此外，水性膠粘劑、水性油墨以及其它復(fù)合材料體系也不斷得到研究與開發(fā)。在包括填料、聚合物基料和溶劑這樣的分散體系中，溶劑和基料競爭填料表面上的吸附位置。為了最佳的或可接受的填料分散，基料如果不是優(yōu)先吸附，至少應(yīng)當(dāng)相等地被吸附【2】。油性體系中，無機填料表面的親油改性，可保證填料在體系的分散穩(wěn)定性，樹脂與親油表面的親和吸附，使填料與基料間界面結(jié)合不成為難題；水溶性高分子體系與油性體系類似，無機填料的極性表面基本上不影響分散穩(wěn)定性及界面問題。而乳膠體系填料在溶劑‘水j中的分散以及它與乳膠顆粒在成膜時的界面粘結(jié)成為一對矛盾。為解決這一矛盾，使用帶兩親性端基的分散劑是常用的手段，一種優(yōu)良的代表性氨基醇是2一氨基一2一甲基一1一丙醇，商品名為AMP一95【3】。這種分散由于易受PH值、溫度等條件的影響，貯存穩(wěn)定性不好。為此，Th．Batzilla and A．Tulken 【4】在細(xì)Al片表面形成交聯(lián)共聚物，不容易受各種條件影響，但在體系中這種物理吸附還是存在解吸附現(xiàn)象，影響分散及涂膜的性能。

因此，本實驗主要研究通過化學(xué)接枝兩親性共聚物的方法，以期使填料(二氧化硅)在乳液體系(聚丙烯酸酯乳液)中，既能長期穩(wěn)定分散，又能保證它與基料在成膜后有良好的界面結(jié)合,除此之外還有物理改性（表面包覆改性，熱處理改性）和化學(xué)改性（醇酯法表面改性，偶聯(lián)劑法改性，改性及氣相法表面改性）。一、二氧化硅表面處理方法 1.1 物理改性【5~7】

物理改性是指兩組分之間除范德華力、氫鍵力或靜電吸附等分子之間的相互作用力外，不存在離子鍵或共價鍵作用的一種表面改性方法。它又可分為表面包覆改性和熱處理改性兩種方法。

1.1.1 表面包覆改性

表面覆蓋改性是指表面改性劑與納米SiO2表面無化學(xué)反應(yīng)，包覆物與顆粒之間依靠范德華力、氫鍵、靜電作用等而連接起來的改性方法。在制備納米SiO2的溶液中加入表面活性劑，在形成納米SiO2的同時，表面活性劑包覆在其表面，形成均勻的納米顆粒，此種方法可有效地改善納米SiO2的分散性。1.1.2 熱處理改性

熱處理改性是指將納米SiO2放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過改變納米SiO2表面或內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)來控制其性能的一種綜合工藝過程。熱處理后SiO2表面吸濕量低，且其填充制品吸濕量也顯著下降，其原因可能是由于高溫加熱條件下以氫鍵締合的相鄰羥基發(fā)生脫水而形成穩(wěn)定鍵合，從而導(dǎo)致吸水量降低。此種方法簡便經(jīng)濟(jì)，但是僅僅通過熱處理，不能很好地改善填充時界面的粘合效果，所以在實際應(yīng)用中，常對納米SiO2使用含鋅化合物處理后在200-400℃條件下進(jìn)行熱處理，或使用硅烷偶聯(lián)劑和過渡金屬離子對納米SiO2處理后進(jìn)行熱處理，或用聚二甲基二硅氧烷改性SiO2，然后再進(jìn)行熱處理。2.1 化學(xué)改性

表面化學(xué)改性是指表面改性劑與粒子表面一些基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而達(dá)到改性目的。由于納米SiO2表面存在不飽和殘鍵和不同狀態(tài)的羥基，這些活性基團(tuán)可以同一些表面改性劑發(fā)生反應(yīng)，從而使SiO2表面帶上具有特定化學(xué)活性的有機基團(tuán)，改善SiO2粒子與各種有機溶劑及聚合物基體之間的相容性。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的不同，表面化學(xué)改性方法可以分為偶聯(lián)劑法改性、醇酯法表面改性以及聚合物接枝法改性等。2.1.1 醇酯法表面改性【5~7】

醇酯法是用脂肪醇與二氧化硅表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，脫去水分子，二氧化硅表面的羥基被烷氧基取代。反應(yīng)需要在高溫高壓下進(jìn)行。與硅烷偶聯(lián)劑相比，用醇改性的優(yōu)點在于改性劑脂肪醇價格低廉，易于合成且結(jié)構(gòu)容易控制。改性的效果受到醇的烷基鏈長度的影響。用大于8 個碳原子的醇進(jìn)行改性，接枝的疏水烷基鏈較長，二氧化硅的表面性能改變十分明顯，而用同樣量的小于8 個碳原子的醇改性，二氧化硅的表面性能改變要差很多。2.1.2 偶聯(lián)劑法改性【5~8】

偶聯(lián)劑是具有兩性結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)，其一部分基團(tuán)可與粉體表面的各種官能團(tuán)反應(yīng)，另一部分基團(tuán)可與有機高聚物基料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞，在無機粉體和有機高聚物之間建立起“分子橋”。常用的偶聯(lián)劑有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、錫鋁酸鹽偶聯(lián)劑等。目前納米SiO2表面改性研究較多的是硅烷偶聯(lián)劑表面改性。使用硅烷偶聯(lián)劑改性二氧化硅表面，由于不同工藝條件制備的二氧化硅表面結(jié)構(gòu)特性及物化特性不同，偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)各異，膠料品種多樣，使改性二氧化硅填充膠的綜合性能改善程度不同。因此需要根據(jù)二氧化硅的表面結(jié)構(gòu)，被填充材料的特性等因素來綜合考慮偶聯(lián)劑類型的選擇。研究表明，協(xié)同使用兩種偶聯(lián)劑有時好于單單獨用一種。除去使用硅烷偶聯(lián)劑改性二氧化硅外，也可使用甲基硅烷鈉、乙基硅烷鈉、甲基硅烷鈉鋁等用作改性劑。2.1.3 聚合物接枝法改性【5~7】

聚合物接枝法是在二氧化硅表面進(jìn)行單體的聚合。超細(xì)二氧化硅表面呈親水性，極性強。極性較弱的有機單體不容易吸附或化學(xué)結(jié)合在其表面上，較難在超細(xì)二氧化硅表面上接枝聚合物。為了解決這個問題，首先需要加入一定的表面活性劑與二氧化硅的表面羥基反應(yīng)。對二氧化硅進(jìn)行初步改性，然后加入溶劑化的單體，使單體以表面活性劑為起點發(fā)生原位聚合，從而形成聚合物接枝改性的二氧化硅產(chǎn)品。表面活性劑選用的原則是有利于聚合物與之結(jié)合。硅烷偶聯(lián)劑起到了聯(lián)接二氧化硅表面與聚合物的橋梁的作用。在已被表面活性劑改性后的二氧化硅表面接枝合成聚合物，可根據(jù)超細(xì)二氧化硅應(yīng)用的聚合物體系不同，有目的地在二氧化硅表面接枝不同性能的聚合物，并且具有接枝包覆均勻完全、分散程度好等特點。因此用聚合物接枝改性過的二氧化硅與有機材料的相溶性更好。張超燦等用硅烷偶聯(lián)劑KH-550 對二氧化硅進(jìn)行改性后，采用兩親性的聚丙烯酸酯對二氧化硅表面處理，得到的填料產(chǎn)品在聚丙烯酸酯乳液中，既能長期穩(wěn)定分散，又具有良好的界面作用。2.1.4、氣相法二氧化硅表面處理【9~11】

氣相法二氧化硅(俗稱氣相法白炭黑)是由氯硅烷經(jīng)氫氧焰高溫水解制得的一種精細(xì)、特殊的無定形粉體, 其產(chǎn)品純度高、平均原生粒徑為7～40 nm、比表面積50～380 m2 /g、SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于9918% , 是一種多功能的添加劑,廣泛應(yīng)用于硅橡膠、涂料、復(fù)合材料中, 起到補強、增稠、觸變等作用[ 1 ]。但應(yīng)用中存在一個關(guān)鍵問題, 就是如何與聚合物更好的相容, 使其能均勻分散在聚合物中。通過一定的工藝使某些改性劑與氣相法二氧化硅表面的硅羥基發(fā)生反應(yīng), 消除或減少硅羥基的數(shù)量, 使氣相法二氧化硅由親水性變?yōu)槭杷? 就能改善二氧化硅與聚合物的相容性。目前常用的改性劑有醇、脂肪酸、硅烷偶聯(lián)劑等等。國外已開發(fā)出多種改性產(chǎn)品, 如: Degussa 公司的R974、WACKER 公司的H200, 本公司;六甲基二硅氮烷: CP, 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;無水乙醇、氫氧化鈉: AR, 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。電子天平: AV412, 沈陽杰龍儀器有限公司;白鋼反應(yīng)器裝置: 自制。2.2 實驗方案

本實驗采用干法工藝對氣相法二氧化硅進(jìn)行改性, 即將干燥的氣相法二氧化硅與六甲基二硅氮烷蒸汽接觸并進(jìn)行反應(yīng)(工藝流程見圖1)。將100 g氣相法二氧化硅在反應(yīng)器中升溫到150 ℃預(yù)熱2 h;六甲基二硅氮烷通過汽化裝置汽化后進(jìn)入反應(yīng)器中, 與氣相法二氧化硅反應(yīng)一定時間后出料。未反應(yīng)的六甲基二硅氮烷被中和掉。

圖1 氣相法二氧化硅表面改性工藝流程示意圖 2.3 硅羥基密度的測定

先將2 g氣相法二氧化硅試樣放入200 mL的燒杯中, 加入25 mL無水乙醇潤濕;然后加入75mL氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氯化鈉溶液, 攪拌成懸濁液;用濃度為011 mol/L的鹽酸或相同濃度的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)懸濁液pH值至4;攪拌狀態(tài)下用濃度為011 mol/L的氫氧化鈉溶液滴定, 直至pH值上升至9穩(wěn)定不變。依式1計算試樣表面的硅羥基數(shù)量。D = cV /mS ×NA ×10-3(1)式中, D 為硅羥基密度, 個/nm2;c 為滴定用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度, 本實驗為011 mol/L;V 為pH值從410升至910時所消耗的NaOH的體積,mL;NA 為阿伏伽德羅常數(shù);S 為比表面積,nm2 /g;m 為樣品質(zhì)量, g。3 聚合物接枝法 3.1主要儀器及材料

二氧化硅為工業(yè)級，山西臨猗化工實驗廠生產(chǎn)；硅烷偶聯(lián)劑KH一550，武漢大學(xué)化工廠；水為蒸餾水：甲基丙烯酸甲酯為工業(yè)級，經(jīng)蒸餾；無水乙醇，丙酮，乙酸乙酯，石油醚為分析純；丙烯酸為化學(xué)純；BPO；聚丙烯酸酯乳液。JJ0—2潤濕角測量儀；200兩級膠體磨；QTG型涂膜涂布器；QBY 型漆膜擺式硬度計；QTX型漆膜彈性試驗器：QcJ型漆膜沖擊器；QFZ型漆膜附著力試驗儀；涂膜材料(馬口鐵、玻璃板按國標(biāo)剪裁)；Testscan ShimadzuFTIR 8 000 series；SX一40型掃描電鏡。3.2二氧化硅的表面處理 3．2．1 改性劑的制備

在250ml三口燒瓶中，加入40 g甲基丙烯酸甲酯(MMA)和35 ml無水乙醇，攪拌，將5 單體重的BPO分兩次加人，溫度控制在80 C左右．回流約1 h后，體系變稠，再反應(yīng)1～2 h，停止。用石油醚洗滌后，再用蒸餾水沉淀．干燥其它幾種共聚物合成均采取溶液聚合法．其配比詳見表1。

3.2.2 硅烷偶聯(lián)劑改性 均衡干法、濕法和噴霧法等幾種改性方法后，我們采用較為方便的干法實驗【3】。

稱取9．0 的KH一550溶解于2～3倍的乙醇水溶液(水／醇一1／9)中，適當(dāng)加點鹽酸，完全分散后，緩慢滴加人在室溫下高速攪拌的定量二氧化硅粉料中，添加完畢后，將溫度逐漸升至1O0～l10℃，繼續(xù)攪拌2．5～3 h．降至室溫，再進(jìn)行干燥。3.2．3 二次接枝

將適量聚合物溶于丙酮中，并用少量SOC1 進(jìn)行酰氯化(100 PMMA 除外)后，加入用KH一55O改性的SiO2：粉末．?dāng)嚢柘禄亓?～5 h，離心分離，并用相應(yīng)溶劑洗滌粉末2～3次，將剩余一COCI水解后，用稀NaOH溶液中和，再離心分離，干燥。三結(jié)果與討論 待處理。。參考文獻(xiàn)

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(1.中國林科院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所,南京210042;2.北華大學(xué)交通建筑工程學(xué)院,吉林132013)【9】解小玲,郭李有,許并社1納米二氧化硅表面改性研究[ J ]1應(yīng)用化工, 2007, 36(7): 703 – 7041 【10】楊海堃,孫亞君1氣相法白炭黑的表面改性[ J ] 有機硅材料及應(yīng)用, 1999,(5): 15 – 171

第二篇：工業(yè)園區(qū)惡臭氣體處理方法研究

工業(yè)園區(qū)惡臭氣體處理方法研究

隨著城市和農(nóng)村居民生活水平標(biāo)準(zhǔn)的提高和生活觀念的改變，人們對環(huán)境的要求也越來越高，對各種各樣的惡臭問題越來越不能忍受，惡臭已經(jīng)日益成為一個嚴(yán)重的社會和環(huán)境問題由于工業(yè)化的加快，石油化工塑料生產(chǎn)加工行業(yè)橡膠工業(yè)醫(yī)藥農(nóng)藥行業(yè)涂料生產(chǎn)使用行業(yè)以及有關(guān)冶金造紙煉焦木材加工行業(yè)等成為惡臭的主要工業(yè)性發(fā)生源國家環(huán)保局惡臭排放標(biāo)準(zhǔn)編寫單位在天津市的調(diào)查表明，惡臭的來源分布中，約有的惡臭污染來自于工廠，而工廠聚集的工業(yè)園區(qū)惡臭問題近幾年更是頻繁出現(xiàn)，本文以蘇州市工業(yè)園區(qū)為例探討工業(yè)園區(qū)內(nèi)的惡臭治理問題蘇州工業(yè)園區(qū)惡臭氣體成分蘇州工業(yè)園區(qū)是一種產(chǎn)業(yè)集群形式，園區(qū)內(nèi)企業(yè)眾多，有電子加工注塑噴涂機械制造及固廢處理等企業(yè)，各個廠區(qū)產(chǎn)生臭氣成分不同，歸納起來可以分為5類:(1)含硫的化合物，如硫醇類硫醚類;(2)含氯的化合物，如胺類酰胺吲哚類;(3)烴類，如烷烴烯烴炔烴芳香烴;(4)鹵素及衍生物，如氯氣鹵代烴;(5)含氧的有機物，如醇酚醛酮有機酸等 惡臭污染的危害

工業(yè)園區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的惡臭氣體包含大量的揮發(fā)性有機成分，如芳香烴(苯甲苯二甲苯等)，脂肪烴鹵代烴醇(甲醇)醛(甲醛)醚等，這些成分多為化工溶劑和稀釋劑由于具有良好的揮發(fā)作用，很容易通過人的呼吸作用通過肺血液進(jìn)入人的神經(jīng)系統(tǒng)，對中樞神經(jīng)產(chǎn)生強烈的麻痹作用，此時人體會出現(xiàn)精神恍惚困倦，若吸入過量會引起頭暈耳鳴面色蒼白嘔吐惡心甚至肌肉痙攣全身麻痹等

如2011年初蘇州園區(qū)聯(lián)建發(fā)生的正己烷中毒事件，導(dǎo)致多名員工頭痛頭暈四肢麻木等癥狀，引起了社會的巨大反響芳香烴類物質(zhì)中毒時，首先出現(xiàn)血液中毒和血象改變，當(dāng)暴露在這種氣體氛圍中5個月以上，即會呈現(xiàn)貧血癥，紅血球比正常值減12~15少;白血球也低于1200(正常值為6000~8000)，急性中毒時初期表現(xiàn)為興奮，繼之呈酩酊大醉狀，體溫升高后，即由昏睡狀態(tài)到呼吸困難血壓下降痙攣直至死亡.芳香烴類醇類脂類作為工業(yè)溶劑，由于使用廣泛，因而排放量大，對人體和環(huán)境的危害也大惡臭的主要治理技術(shù)目前惡臭物質(zhì)的處理方法可以簡要概括為物理法、化學(xué)法生物法以及聯(lián)合法等處理這些惡臭應(yīng)根據(jù)不同物質(zhì)的性質(zhì)濃度處理量及來源等因素決定采用相應(yīng)的處理方法，如吸附法光催化氧化法生物法植物提取液法等表惡臭物質(zhì)主要來源 吸附法

吸附法是一種動力消耗較小的脫臭方法，主要用來處理低濃度的工業(yè)園區(qū)惡臭氣體。常用的吸附劑有活性炭兩性離子交換樹脂硅膠及活性白土等由于活性炭內(nèi)部空隙和比表面積大，堆積密度小，故是最常用的吸附劑活性炭吸附過程可分為物理性吸附和浸漬性吸附有些惡臭成分是通過物理吸附去除的，如乙醛吲哚甲基吲哚，而其他一些惡臭成分如和硫醇則是在活性炭表面進(jìn)行氧化反應(yīng)而進(jìn)一步吸附去除的由于活性炭對沸點高于的惡臭組分有較高的去除效力，對于沸點較低的惡臭就需要通過浸漬活性炭或注加微量其他氣體來達(dá)到高效的目的如浸漬堿(氨氣)可提高對和甲硫醇的吸附能力;浸漬磷酸則可提高對氨和三甲胺的吸附效果，浸漬的活性炭去除效果明顯，提高因此在吸附塔內(nèi)可設(shè)置吸附酸性堿性和中性物質(zhì)的活性炭來達(dá)到去除多種成分惡臭氣體的目的，臭氣和各種活性炭接觸后，便可得到深度凈化，下圖即為組合式活性炭吸附裝置

圖組合式活性炭吸附器

活性炭吸附作為一種成熟的工藝，運行穩(wěn)定，可靠性較高但是活性炭有一定的飽和期限，超過一定期限必須更換或再生，因此需要對活性炭的更換周期有明確的辨識由于再生困 難造價高壽命不長等特點，故該法常用于低濃度臭氣和除臭的后處理 光催化氧化法

光催化氧化法是近年來發(fā)展起來的處理惡臭的新方法，其技術(shù)機理是光催化劑(如)在紫外線的照射下被激活，吸收光能并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)能使生成自由基，然后自由基將有機污染物氧化成無臭無害的產(chǎn)物(如二氧化碳和水)日本是首個將光催化技術(shù)用于惡臭研究的國家，我國和美國也在其后開展了光催化技術(shù)在環(huán)境污染物降解中的研究，國外一些學(xué)者通過采用對有機污染物進(jìn)行光催化降解時取得了良好的效果，如采用二氧化鈦對苯乙苯鄰二甲苯間二甲苯對二甲苯種污染物在空氣濕度范圍內(nèi)進(jìn)行光催化氧化，其降解率接近100%除了使用二氧化鈦作為光催化劑之外，還可以在其中添加金屬氧化物以提高對臭氣的凈化率，襲 著革等的研究表明，組成為二氧化鈦金+10%屬氧化物的光催化劑對低濃度(室內(nèi)空氣)的CO2和H2S : 凈化率分別可達(dá)和97%和99%以上，對二氧化氮和NH3能夠全部消除，但是對苯系物的處理效果不佳P.PICHa等人采用納米涂覆的玻璃纖維網(wǎng)，利用光催化處理臭氣，也取得了令人滿意的效果

另外也有采用在TIO2上負(fù)載稀土元素或貴重金屬及其氧化物等方式來改善其催化活性，提高光催化效率光催化技術(shù)對惡臭的降解能耗低易操作安全清潔，加上TIO2化學(xué)穩(wěn)定性強無毒等優(yōu)點，另外在惡臭降解過程中，光催化劑并不消耗，是一種理想的光催化材料，因此它是一項具有廣泛應(yīng)用前景的脫臭新技術(shù)雖然光催化氧化得到了廣泛研究，但就其對廢氣的凈化還存在一些爭議，有人提出在對臭氣的降解過程中，光催化氧化反應(yīng)會產(chǎn)生醛酮酸和酯等中間產(chǎn)物，造成二次污染另外，由于光催化氧化法現(xiàn)在只能針對低濃度的廢氣進(jìn)行處理，同時存在催化劑失活催化劑難以固定等缺點，導(dǎo)致該方法難以處理大流量、高濃度的有機廢氣，故將限制其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。因此，開發(fā)量子化效率高的光催化劑，提高催化劑的催化活性和選擇性增大催化劑表面積提高光催化劑的固化性能拓寬光催化激發(fā)波長等，必將成為光催化領(lǐng)域的發(fā)展方向

生物法

生物脫臭法是利用微生物的代謝，將廢氣中的有害物質(zhì)進(jìn)行降解或轉(zhuǎn)化為無害或低害類無臭物，從而達(dá)到凈化氣體的目的該法最早起源于德國和日本，是開發(fā)處理惡臭氣體的一種新方法，可適用于水溶性惡臭物質(zhì)的處理由于該方法運行成本低，脫臭效率高不會造成二次污染等優(yōu)點，得到了人們的廣泛關(guān)注，并成為世界工業(yè)廢氣凈化的前沿?zé)狳c之一目前生物法處理廢氣主要應(yīng)用于粘合劑生產(chǎn)化工貯存涂料工業(yè)堆肥食品加工等 現(xiàn)階段的主要工藝有: 生物過濾法生物洗滌法以及生物滴濾池法

生物過濾法生物過濾法是惡臭氣體經(jīng)過增濕器潤濕達(dá)到飽和后進(jìn)入生物濾池，被附著在土壤植物纖維做填料的填料層上的微生物氧化分解為C02等無害小分子物質(zhì)后由排氣口排出為了保證排放氣體符合排放要求可在過濾系統(tǒng)后添加活性炭吸附裝置此方法逐漸應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的難降解惡臭物質(zhì)如乙酸甲醛等有機污染物的處理。生物過濾器對VOCs的去除率和惡臭物質(zhì)的去除率達(dá)到95%和99%國內(nèi)有學(xué)者利用細(xì)菌真菌生物過濾系統(tǒng)處理惡臭氣體，試驗表明廢氣中主要污染物乙酸、氨、苯乙烯、硫化氫、乙硫醇、乙硫醚的去除率分別達(dá)到97.1%、96.7%、96.6 %、92.1%、78%、83%。該法的脫臭效率受濾料的性質(zhì)值溫度和濕度等因素的影響，另外底物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是造成混合廢氣生物處理過程中的競爭和抑制的關(guān)鍵因素之一，因此應(yīng)根據(jù)底物的性質(zhì)，采取有效的方法合理地設(shè)計操作工藝和操作條件 生物過濾法與傳統(tǒng)的控制技術(shù)相比，工藝簡單能耗小處理費用低效果好適用范圍廣不會產(chǎn)生二次污染但是該處理裝置占地面積大，每隔需更換填料，且不適宜處理高濃度的廢氣，有時濕度和難以控制，顆粒物質(zhì)會堵塞濾床生物洗滌法生物洗滌法又稱生物吸收法，是采用活性污泥的方法，對惡臭氣體的去除分為吸收和生物降解兩個過程首先惡臭物質(zhì)同含有活性污泥的生物懸浮液逆流通過吸收器，臭氣物質(zhì)被活性污泥吸收，部分凈化后的氣體由吸收器頂端排出洗滌液再送到反應(yīng)器中，溶解的惡臭物質(zhì)通過懸浮液生長的微生物的代謝活動降解這類裝置對去除氨酚乙醛等可溶性惡臭氣體效果較好

生物洗滌法可以處理大氣量的臭氣，同時操作條件易于控制，占地面積較小，壓力損失也較小，在實際中有較大的適用范圍對于注塑行業(yè)產(chǎn)生的顆粒污染物苯甲苯及二甲苯等有較好的處理效果，洗滌塔可采用二級洗滌方式，預(yù)洗滌由水和酸性溶液組成，二級洗滌是活性污泥洗滌液預(yù)洗滌是為除去粉塵及氨等堿性化合物，可有效防止在高負(fù)荷時的污泥沖擊該方法也適用于噴漆行業(yè)的有機廢氣處理但這種方法設(shè)備費用大，操作復(fù)雜而且需要投加營養(yǎng)物質(zhì)，因而其應(yīng)用受到了一定的限制

生物滴濾法生物滴濾法結(jié)合了生物濾池和生物洗滌

池的脫臭技術(shù)，脫臭方法與生物濾池法接近，結(jié)構(gòu)上與生物濾池的不同之處在于其頂部有噴淋裝置使用的濾料是不能提供營養(yǎng)物質(zhì)的不具吸附性的惰性材料，如聚丙烯小球陶瓷木 炭塑料活性炭纖維微孔硅膠等，降解惡臭物質(zhì)的微生物附著在填料上該方法的處理過程是含有污染物的氣體經(jīng)過或不經(jīng)過預(yù)處理，進(jìn)入生物滴濾池當(dāng)濕潤的廢氣經(jīng)過附有生物膜的填料層時，氣體中的惡臭物質(zhì)溶于水，被循環(huán)液和附著在填料表面的微生物降解，達(dá)到凈化的目的生物滴濾池可采用順流操作和逆流操作方式，生物膜逆流操作時的凈化效率高于順流操作常見的生物滴濾池裝置如圖所示(采用逆流操作)

生物洗滌塔裝置生物濾池裝置 生物滴濾池中的惰性濾料比表面積大，可以提供較大的氣體通過量并且造成的壓力損失也較小對于處理鹵代烴含硫含氮等通過微生物降解會產(chǎn)生酸性代謝產(chǎn)物及產(chǎn)能較大的污染物，效率比較高可用生物滴濾池法處理的廢氣有苯系化合物醛類醇類脂類等，去除效率50~99%，降解負(fù)荷8~200g/m3h對于噴漆作業(yè)中排出的揮發(fā)性有機化合物甲基乙基酮丙酮和二氯甲烷，該方法可達(dá)到99%的去除率

生物滴濾池裝置

低溫等離子體分解法

該方法是應(yīng)用前后沿陡峭高壓脈沖電暈放電產(chǎn)生非平衡等離子體技術(shù)，在常壓容器中使有害氣體直接分解成無害單原子氣體或固體微粒，從而達(dá)到凈化氣體的目的。發(fā)生的主要反應(yīng)為:

這一過程具體可以通過兩個途徑來實現(xiàn): : 在高能電子的瞬時高能量作用下，打開某些有害氣體分子的化學(xué)鍵，使其直接分解成單質(zhì)原子或無害分子;: 在大量高能電子離子激發(fā)態(tài)粒子和自由基(自由基由于帶有不成對電子而只有很強的活性)等作用下的氧化分解成無害產(chǎn)物非平衡等離子體的產(chǎn)生也可以通過輝光放電法，流光放電法，沿面放電法，無聲放電(或介質(zhì)阻擋放電法)等方法目前采用介質(zhì)阻擋放電法對污水處理廠產(chǎn)生的等惡臭氣體已取得了良好的處理效果無聲放電非平衡態(tài)等離子體技術(shù)在常壓下可將空氣中的正己烷環(huán)己烷苯和甲苯等揮發(fā)性烴類有機污染物降解為水和二氧化碳，該方法具有很高的能量效率，是去除低濃度高流速大流量揮發(fā)性有機廢氣的理想方法，對惡臭物質(zhì)的處理效率可達(dá)90%以上，由于處理的惡臭物質(zhì)濃度低，因此產(chǎn)生的產(chǎn)物濃度也低，可被周圍環(huán)境接納存在的主要問題是由于惡臭氣體的嗅閾值低，導(dǎo)致氣體流量較大時轉(zhuǎn)化率不高與高溫焚燒法催化燃燒法及活性炭吸附法相比，具有高效性及較低的能耗，在環(huán)保領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景

另外，低溫等離子體可與光催化氧化協(xié)同治理空氣污染，既可以增強放電等離子對多種污染物的降解能力，也可以降低催化反應(yīng)的能耗，提供空氣凈化裝置的整體經(jīng)濟(jì)性 植物提取液法

天然植物提取液是多種天然植物根莖葉花的提取液混合復(fù)配而成，其中的有效分子含有共軛雙鍵等活性基團(tuán)，可與酸性堿性和中性的惡臭物質(zhì)發(fā)生化學(xué)及生物物理反應(yīng)使異味分子迅速分解成無毒無味的分子來達(dá)到除臭的目的其原理主要是天然提取液噴霧液滴具有很大的比表面積和表面能，可以有效的吸附異味分子，改變異味分子的立體構(gòu)型削弱化合鍵，使異味分子變得不穩(wěn)定，更易與其它分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在常溫下，提取液可與異味分子發(fā)生酸堿反應(yīng)催化氧化反應(yīng)路易斯酸堿反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)該方法適用于較分散的臭氣發(fā)生源且臭氣量不大，或者是局部的短時間的突發(fā)的排放，較難補集和收集的情況目前這種方法主要適用于固廢污水收集與處理中，對甲硫醇和甲硫醚的處理效果達(dá)到工業(yè)園區(qū)惡臭氣體處理方法研究以上該方法不需增加土建工程收集系統(tǒng)和高空排放管道，沒有二次污染，是一種既簡單易行又廉價的惡臭處理技術(shù) 聯(lián)合法

由于惡臭物質(zhì)成分復(fù)雜，嗅閾值低，對凈化系統(tǒng)的要求較高，治理難度也較大，有時需要采用多級凈化才可能徹底去除因此在生產(chǎn)實際中，便出現(xiàn)了一些聯(lián)合工藝，如在吸附裝置前增加酸堿噴淋裝置的洗滌吸附法，在除臭系統(tǒng)后加上活性炭吸附裝置的吸附氧化法以及經(jīng)過級生物處理后再添加活性炭吸附塔做深度凈化的生物吸附法和生物化學(xué)法等，聯(lián)合工藝對惡臭的處理更徹底凈化效率更高 結(jié)論及展望

吸附法是目前較為成熟的工藝，常用于處理低濃度的廢氣，可單獨使用也可用于聯(lián)合工藝中的前置及后處理生物法由于運行成本低脫臭效率高已逐漸成為工業(yè)廢氣凈化的主要熱點，但是生物脫臭也有很多的限制因素，如微生物的馴化和運行負(fù)荷的控制等均對可脫臭效率產(chǎn)生影響光催化氧化法低溫等離子體法及植物提取液法作為惡臭處理的新方法，以其高效率低能耗無二次污染等越來越受到關(guān)注，因此需要不斷開發(fā)應(yīng)用此類技術(shù)以實現(xiàn)其在工業(yè)上的 廣泛應(yīng)用對于目前的處理方法大多都只適用于低濃度的有機廢氣，對于高濃度高流量的有機廢氣處理就需要不斷改進(jìn)處理工藝和加強新技術(shù)的研究，如電化學(xué)法電子床加熱法等的開 發(fā)和應(yīng)用

第三篇：納米二氧化硅-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀

納米SiO2 /EP復(fù)合材料的研究進(jìn)展

摘要：綜述了環(huán)氧樹脂/納米二氧化硅復(fù)合材料的研究進(jìn)展。主要介紹了環(huán)氧樹脂/納米SiO2復(fù)合材料的制備方法，并對該復(fù)合材料的發(fā)展提出了自己的看法。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂；納米二氧化硅；復(fù)合材料

Research development of epoxy/silica hybrid nanocomposites Abstract: The paper gives a brief introduction on the development of epoxy/nano-SiO2 hybrid materials.Here we mainly present the preparation of epoxy/nano-SiO2，and propose some prospects of this composites。

Key words: Epoxy;nano-SiO2；nanocomposite 納米二氧化硅（nano-SiO2）為無定型白色粉末（團(tuán)聚體），是一種無毒、無味和無污染的非金屬功能材料。由于其具有較大的比表面積，并且表面存在著羥基，故具有奇異或反常的特性，如表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)，因而在橡膠、塑料、膠粘劑和涂料等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛[1-3]。目前，研究 nano-SiO2的制備方法已成為納米技術(shù)領(lǐng)域的一大熱點。環(huán)氧樹脂（EP）是一類典型的熱固性樹脂，在聚合物復(fù)合材料中應(yīng)用最為廣泛。由于 EP 具有優(yōu)異的粘接性能、力學(xué)性能和電絕緣性能，并且收縮率和

[4-5]成本較低，故在膠粘劑、密封膠和涂料等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。但是，EP 固化物因交聯(lián)度過高而脆性較大，從而限制了其在某些領(lǐng)域中的應(yīng)用[6]。因此，在保證 EP 優(yōu)異性能的前提下，對其進(jìn)行增韌改性已成為近年來該領(lǐng)域的研究熱點。

Nano-SiO2粒子因存在著表面缺陷和非配對原子多等特點，與聚合物發(fā)生物理或化學(xué)結(jié)合的可能性較大，故可用于增強與聚合物基體的界面結(jié)合，提高聚合物的承載能力，從而達(dá)到增強增韌聚合物的目的。1 Nano-SiO2的微觀結(jié)構(gòu)[7-8]

Nano-SiO2分子呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與其它納米材料一樣，表面都存在著不飽和殘鍵和不同鍵合狀態(tài)的羥基（包括未受干擾的孤立羥基、彼此形成氫鍵的連生的締合羥基以及兩個羥基連在一個硅原子上的雙生羥基），因此 nano-SiO2具有很高的活性（其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示）。Nano-SiO2的制備

制備 nano-SiO2的方法主要有干法和濕法兩種。干法包括氣相分解法和電弧法；濕法包括化學(xué)沉淀法、溶膠-凝膠法和微乳液法。由于干法工藝制備的 nano-SiO2純度高、性能好，但設(shè)備投資較大，生產(chǎn)過程中能耗大、成本高，故目前國內(nèi)外多采用濕法工藝制備 nano-SiO2。2.1 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是以硅酸鈉和酸化劑（H2SO4、HCl等）為原料，反應(yīng)生成的沉

[9]淀物經(jīng)分離、干燥后得到SiO2。化學(xué)沉淀法是目前最主要的生產(chǎn)方法，最終的產(chǎn)品粒徑主要受所選擇的酸化劑、硅酸鹽濃度及攪拌條件等影響。其制備原理如式（1）、式（2）所示。

2.2 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法一般以硅酸酯為原料，經(jīng)水解縮聚后逐漸膠化，然后經(jīng)過一定的后處理（陳化、干燥）得到所需的材料。采用溶膠-凝膠法技術(shù)制備的 nano-SiO2，其最終粒徑受反應(yīng)物水和 NH3的濃度、硅酸酯的類型[正硅酸四甲酯（TMOS）、正硅酸四乙酯（TEOS）和正硅酸四丙酯（TPOS）等]、醇的種類（甲醇、乙醇、丙醇和戊醇等）、催化劑的種類（酸或堿）和溫度等因素的影響而有所不同。通過對這些影響因素的調(diào)控，可獲得不同結(jié)構(gòu)的納米材料[10]。最常用的硅酸酯是 TEOS。首先將 TEOS 水解成原硅酸[見式（3）]；然后原硅酸分子間脫水，逐步形成Si-O-Si 長鏈； 最終形成硅氧四面體組成的 SiO2大分子[見式（4）]。

2.3 微乳液法

微乳液法是液相化學(xué)制備法中較新穎的一種。微乳液是一種直徑為 10～100 nm、熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同性的、外觀透明或半透明的分散體系，主要由表面活性劑、助表面活性劑（通常為醇類）、油和水等組成，可分為“油包水（W/O）型”和“水包油（O/W）型”兩種。由于反膠束微乳液（W/O）的液滴粒徑小、分散性好，液滴內(nèi)部的水相是提供良好化學(xué)反應(yīng)的場所，并且液滴大小和形狀均可控，故 nano-SiO2粒徑分布及形狀也均可控制。因此，常用此方法制備nano-SiO2。2.4 濕法工藝制備的優(yōu)缺點

三種制備方法（化學(xué)沉淀法、溶膠-凝膠法和微乳液法）的優(yōu)缺點及今后的研究方向如表 1 所示。

Table 1 The characteristics of different preparation methods 制備方法 方法描述 共混法

優(yōu)點

缺點

使用范圍

粒子通過各種方式與有機工藝簡單；工業(yè)聚合物混合 可行性好；粒子

添加量高

粒子易團(tuán)聚；溶液、懸浮相互作用弱 液、乳液和熔

融體系（如塑料）等 添加量較低；乳液和水性體需要表面改系；用于設(shè)計性；在溶劑型各種特殊結(jié)構(gòu) 體系中的應(yīng)用受到局限 易產(chǎn)生嚴(yán)重的相分離；產(chǎn)生乙醇和水；不能用于溶劑型體系

已成為有機/無機雜化在、材料的主要制備法 原位聚合在單體溶液中分散納米粒納米粒子均勻分法 子，然后進(jìn)行聚合 散；保持納米特

性；相互作用強；反應(yīng)條件溫和 溶膠—凝膠法 使用烷氧金屬或金屬鹽等前驅(qū)物和有機聚合物的共溶劑，在聚合物存在的前提下，在共溶劑體系中使前驅(qū)物水解和縮合

反應(yīng)條件溫和；分散均勻；能夠達(dá)到“分子復(fù)合”水平

3納米SiO2改性聚合物的方法

目前用于納米SiO2改性聚合物的方法很多，主要有原位聚合法法、溶膠一凝膠法、共混法。3.1原位聚合法

即在位分散聚合，該法是應(yīng)用在位填充技術(shù)，將納米SiO2在單體中分散均勻后，再進(jìn)行聚合反應(yīng)，原位聚合法的特點是既能使納米SiO2粒子均勻分在聚合物中，又保持了粒子的納米屬性，而且原位聚合法通常是一次聚合成型，無需進(jìn)一步熱加工，因此避免了熱加工帶來降解的影響，保證了納米SiO2-聚合物基體的各種性能的穩(wěn)定。3.2溶膠一凝膠法 這種方法從20世紀(jì)80年代以來開始使用。它是將硅氧烷非金屬化合物等前驅(qū)物溶于水或有機溶劑中，溶劑經(jīng)水解生成納米SiO2粒子并形成溶膠，再經(jīng)蒸發(fā)干燥而成凝膠。具體方法是:將前驅(qū)物(如Si(OCH2CH3)4)溶于聚合物溶液中，在催化劑存在下讓前驅(qū)物水解形成納米SiO2膠體粒子，干燥后得到半互穿網(wǎng)絡(luò)的聚合物納米SiO2粒子復(fù)合物。另一種方法是將前驅(qū)物與單體溶解在溶劑中，讓水解與聚合反應(yīng)同時進(jìn)行，使聚合物均勻嵌入無機納米SiO2網(wǎng)絡(luò)中形成半互穿以至全互穿(聚合物已交聯(lián))網(wǎng)絡(luò)。3.3共混法

共混法是將納米SiO2與聚合物直接進(jìn)行分散混合而得到的一類復(fù)合材料。這類方法的特點是過程較簡單，容易實現(xiàn)工業(yè)化。其缺點是要納米SiO2粒子呈原生態(tài)納米級的均勻分散較困難，因而也給產(chǎn)品的穩(wěn)定性帶來新的問題。為此也發(fā)展了以下一些不同的工藝。

(l)溶液共混法將聚合物溶解于溶劑中，然后加人納米SiO2粒子并混合使之均勻分散，除去溶劑而得到復(fù)合材料，其特點是納米SiO2粒子的分散較好，但同時也帶來環(huán)境污染、溶劑回收等問題。

(2)懸浮液或乳液共混法與溶液共混法類似，只是用懸浮液或乳液代替溶液。在不適宜溶液共混的一些情況下，懸浮液或乳液共混也是一類有用的方法。

4.納米顆粒改性環(huán)氧樹脂機理

對于納米顆粒改性對膠粘劑的作用機制，己成為當(dāng)前的研究熱點。現(xiàn)在較普遍接受的觀點是:納米顆粒表面眾多的非配對原子易與環(huán)氧膠基體發(fā)生物理及化學(xué)作用，與分子鏈發(fā)生物理或化學(xué)結(jié)合。在納米粒子均勻分散于環(huán)氧膠中后，如果環(huán)氧膠受到外力沖擊，能量在高分子基體和納米顆粒界面間被吸收或納米顆粒易產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)而引發(fā)其周圍基體樹脂產(chǎn)生銀紋，納米粒子間的環(huán)氧膠也產(chǎn)生塑性形變，吸收一定的沖擊能隨著粒子的微細(xì)化，其比表面積將進(jìn)一步增大，使納米粒子與環(huán)氧膠間接觸面亦增大，當(dāng)材料受到外力沖擊時會產(chǎn)生更多銀紋及塑性形變，并吸收更多沖擊能而達(dá)到增韌效果。另一方面，剛性納米粒子的存在，使環(huán)氧膠內(nèi)銀紋擴展受阻和鈍化,終停止開裂，不致發(fā)展為破壞性開裂，從而產(chǎn)生增韌效果。但是，如果納米粒子加入太多，納米粒子就會團(tuán)聚，大的團(tuán)聚體引發(fā)裂紋，宏觀表現(xiàn)為在環(huán)氧膠中部開裂形成，斷裂強度反而下降。另外，隨著納米粒子的加入，阻止分子鏈運動或交聯(lián)密度增大，使玻璃化溫度升高，提高體系的耐熱性。5.納米改性環(huán)氧樹脂的研究現(xiàn)狀

Bauer[11]等人用硅烷偶聯(lián)劑對納米SiO2、Al2O3和TiO2表面處理，然后在酚醛環(huán)氧樹脂(epoxy Novolac)膠粘劑中分別加入30wt%的上述納米顆粒，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧膠的硬度得到提高，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高了20K。李赫亮[12]向環(huán)氧樹脂膠粘涂層中分別加入粉煤灰、納米SiO2，通過改變磨料的粒度和含量，沖蝕的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，研究其耐沖蝕磨損性能，發(fā)現(xiàn)以納米SiO2為填料比以粉煤灰為填料的環(huán)氧樹脂膠粘涂層的抗沖蝕能力強。Yao 等[13]比較了SiO2-環(huán)氧納米復(fù)合物在玻璃態(tài)時的儲能模量，發(fā)現(xiàn)SiO2對環(huán)氧基材有顯著的增強效果。用

[14]環(huán)氧樹脂和經(jīng)聚氧乙烯改性的二氧化硅，并用二氨二苯砜作為固化劑成功后制成的EP/SiO2納米復(fù)合材料，納米粒徑的無機顆粒在環(huán)氧基質(zhì)中主要呈均相分布而無大的顆粒。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過聚氧乙烯（PEO）接枝的二氧化硅顆粒含有柔韌的PEO鏈段，它能有效的加強改性劑與環(huán)氧樹脂之間的連接力。在儲能模量和玻璃化溫度變化不大，并且所有的改性體系的斷裂面表現(xiàn)出堅韌的斷裂性能的情況下，經(jīng)過聚氧乙烯接枝的二氧化硅改性后的環(huán)氧樹脂的沖擊強度是純環(huán)氧樹脂的2倍。將納米顆粒加入到環(huán)氧樹脂中發(fā)現(xiàn)環(huán)氧試樣的質(zhì)量損失和剝蝕率出現(xiàn)了明顯的下降，抗原子氧剝蝕性能得到了大幅度的提高[15]。

隨著水工建設(shè)的發(fā)展需求，對環(huán)氧樹脂的技術(shù)要求也越來越高，其中尤以解決環(huán)氧樹脂的老化（耐候性）、增強增韌等問題最為迫切。傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂改性，主要通過對環(huán)氧低聚物和固化劑的選擇，但改性效果不理想，而且不能同時解決耐候性、增加強度和韌性等問題。近年來，聚合物基納米復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能受到人們的關(guān)注。國內(nèi)外有報道已經(jīng)在實驗室制備出環(huán)氧樹脂*納米粒子復(fù)合材料，但如何解決納米顆粒在環(huán)氧樹脂基體中的均勻分散問題，提高制備水平和制備效率，依然有待進(jìn)一的研究。

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第四篇：硅和二氧化硅教案

●教學(xué)目標(biāo)

1.使學(xué)生了解硅的結(jié)構(gòu)特點、性質(zhì)、用途、存在及制備方法。2.使學(xué)生了解二氧化硅的存在、性質(zhì)和用途。3.培養(yǎng)學(xué)生對知識歸納、總結(jié)和探究的能力。●教學(xué)重點

硅和二氧化硅的化學(xué)性質(zhì) ●教學(xué)難點

培養(yǎng)學(xué)生對知識的歸納、總結(jié)和探究的能力 ●課時安排 一課時 ●教學(xué)方法

引導(dǎo)、探究、對比、練習(xí)●教學(xué)用具 投影儀

兩條干燥的布條或線繩（其中一條在硅酸鈉溶液中預(yù)先浸過）、酒精燈、火柴 ●教學(xué)過程

［引言］請大家看課本彩圖中的硅單質(zhì)照片。

［師］別看它看起來灰溜溜，它自己及它的化合物的作用卻是大得很。大到高科技領(lǐng)域，小到我們的周圍，到處都有硅及其化合物的蹤影。當(dāng)今電子工業(yè)的飛速發(fā)展，更是與人們對硅的性質(zhì)的認(rèn)識息息相關(guān)。本節(jié)課，我們就來學(xué)習(xí)硅及其化合物的有關(guān)知識。［板書］第二節(jié) 硅和二氧化硅

［過渡］首先，我們來認(rèn)識一下元素含量居于自然界第二的硅單質(zhì)的性質(zhì)。［板書］

一、硅（si）

［師］請大家閱讀課本p145的第一、二自然段，總結(jié)出硅的存在形態(tài)、結(jié)構(gòu)特點、物理性質(zhì)等方面的內(nèi)容。［學(xué)生閱讀］

［問］硅元素以什么形態(tài)存在于自然界？硅元素主要存在于什么物質(zhì)里？

［生］硅以化合態(tài)存在于自然界，硅元素主要存在于地殼的各種礦物和巖石里。［問］硅有幾種同素異形體？分別是什么？ ［生］硅有晶體硅和無定形硅兩種同素異形體。［問］為什么晶體硅的熔沸點高、硬度大？ ［生］因為它的結(jié)構(gòu)類似于金剛石。［問］硅的導(dǎo)電性怎樣？

［生］介于金屬與非金屬之間，是半導(dǎo)體。［師］很好。以上內(nèi)容我們可總結(jié)如下：

［板書］以化合態(tài)存在于自然界，有兩種同素異形體。（1）物理性質(zhì)：熔、沸點高，硬度大，半導(dǎo)體。

［過渡］那么，硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)又有哪些？其與同主族的碳相比，是否一樣？下面，我們就來學(xué)習(xí)這個問題。［板書］（2）化學(xué)性質(zhì)

［師］請大家根據(jù)初中所學(xué)知識回答，碳單質(zhì)有哪些化學(xué)性質(zhì)？

［生］碳單質(zhì)在常溫下性質(zhì)穩(wěn)定，高溫時可與氧氣等活潑非金屬反應(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)中常做還原劑。

［師］回答得很好。那么，硅的性質(zhì)是否也如此呢？請大家閱讀課本p146第一自然段進(jìn)行總結(jié)。

［學(xué)生閱讀后回答］

常溫下，硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，除氟氣、氫氟酸和強堿外，硅不跟其他物質(zhì)，如氧氣、氯氣、硝酸、硫酸等起反應(yīng)。加熱時，能跟一些非金屬反應(yīng)，如它能和氧氣反應(yīng)生成二氧化硅。［師］對。我們可把上述硅單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)歸納如下： ［講解并板書］常溫下性質(zhì)穩(wěn)定

si+2f2====sif4 si+4hf====sif4+2h2↑

si+2naoh+h2o====na2sio3+2h2↑ si+o2 sio2 ［過渡］物質(zhì)的用途由其性質(zhì)決定，硅的這些性質(zhì)決定了硅什么樣的用途呢？請大家閱讀課本p146第二自然段和課本p147選學(xué)內(nèi)容“硅的用途”。［板書］（3）硅的用途

［學(xué)生閱讀后回答］可以用來制集成電路、晶體管、硅整流器、太陽能電池，還可以用來制造變壓器鐵芯及耐酸設(shè)備等。

［師］回答得很好。不過，大家需要知道的是，電子工業(yè)上所用的硅，都是純度很高的硅，而由我們剛才所學(xué)知識知道，自然界沒有單質(zhì)硅存在。那么，我們怎樣制取硅呢？請大家看課本后回答。［板書］（4）硅的制法

［學(xué)生看書后回答］我們使用的硅，都是從硅的化合物中提取的。工業(yè)上用碳和二氧化硅在高溫下反應(yīng)制取硅。

［師］注意！上述反應(yīng)中的產(chǎn)物是一氧化碳，而不是二氧化碳。另外，通過上述反應(yīng)所制得的硅只是粗硅，用做半導(dǎo)體材料時，還需將其提純。

［過渡］硅在常溫下性質(zhì)穩(wěn)定，但在受熱條件下可與氧氣反應(yīng)生成二氧化硅。接下來，我們來學(xué)習(xí)硅的最高價氧化物——二氧化硅的性質(zhì)。［板書］

二、二氧化硅（sio2）［問］二氧化硅與二氧化碳都是第ⅳa族元素形成的最高價氧化物，它們的性質(zhì)是否相同呢？請大家回憶我們初中學(xué)過的二氧化碳的性質(zhì)，并從物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩方面回答。

［生］二氧化碳的物理性質(zhì)是：常溫常壓下是無色無味的氣體，能溶于水，密度比空氣大。化學(xué)性質(zhì)是：本身不燃燒，一般情況下也不支持燃燒，能與水反應(yīng)生成碳酸，能與堿反應(yīng)，是酸性氧化物。

［師］大家回答得很流利。請問，有沒有固體的二氧化碳？ ［生］有！固體的二氧化碳叫干冰。［師］干冰可以用來人工降雨，為什么？ ［生］因為干冰有易升華的性質(zhì)。

［師］那么，二氧化碳所具有的物理性質(zhì)二氧化硅是否具有呢？請大家看課本有關(guān)內(nèi)容，比較二氧化碳與二氧化硅的物理性質(zhì)。［板書］（1）物理性質(zhì)

［學(xué)生看書后回答］二氧化硅與二氧化碳的物理性質(zhì)差別很大，它是一種堅硬難熔的固體，不溶于水。

［板書］堅硬難溶的固體，不溶于水。

［過渡］二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)與二氧化碳相比，是不是也有這么大的差異呢？請大家閱讀課本有關(guān)內(nèi)容，并填寫下表。［板書］（2）化學(xué)性質(zhì) 與水反應(yīng) 與酸反應(yīng) 與堿反應(yīng)

與堿性氧化物反應(yīng) 與碳反應(yīng)

［找一個同學(xué)把答案填寫在膠片上，不足部分由教師和學(xué)生共同補充］ 注：［上表答案］

sio2+4hf====sif4↑+2h2o不反應(yīng)

［師］從上表可以看出，二氧化硅能與堿反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽和水，是一種酸性氧化物，它不能溶于水得到相應(yīng)的酸——硅酸。

酸性氧化物一般不與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而二氧化硅卻能與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)，這也是工業(yè)上用氫氟酸雕刻玻璃的反應(yīng)原理。以上兩點，屬二氧化硅的特性。由此，我們可總結(jié)出二氧化硅的主要化學(xué)性質(zhì)為：

［講解并板書］不溶于水的酸性氧化物，能與氫氟酸反應(yīng)。

［問題探究］為什么實驗室中盛放堿液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞。

［生］因為玻璃中含有sio2，sio2是酸性氧化物，能和堿起反應(yīng)，容易使玻璃瓶塞和瓶頸粘在一起而不能打開。［師］很正確。

［過渡］二氧化硅廣泛存在于自然界中，與其他礦物共同構(gòu)成了巖石，天然二氧化硅也叫硅石。砂子的主要成分就是二氧化硅，石英的主要成分也是二氧化硅，水晶是純度較高的二氧化硅。請大家看課本有關(guān)內(nèi)容，了解它們的用途。并總結(jié)出來。［板書］（3）用途

［學(xué)生看書后回答］二氧化硅可用來做光導(dǎo)纖維；石英可用來做石英鐘、石英表，耐高溫的石英玻璃；水晶可以用來制造電子工業(yè)中的重要部件、光學(xué)儀器、工藝品、眼鏡片等，含有有色雜質(zhì)的石英，還可用于制造精密儀器軸承，耐磨器皿和裝飾品等。［師］大家回答得很全面。

［師］確實，二氧化硅在日常生活、生產(chǎn)和科研等方面有著重要的用途，但有時也會對人體造成危害，使人患硅肺病，請大家閱讀課本p148“二氧化硅粉塵的危害”的內(nèi)容。［學(xué)生閱讀后］

［師］希望大家努力學(xué)習(xí)，并能在將來發(fā)明和創(chuàng)造一些新的技術(shù)，新的設(shè)備以控制空氣中粉塵的含量，從而為人類的健康和生存環(huán)境做出貢獻(xiàn)。

［過渡］剛才我們提到二氧化硅不能溶于水得到相應(yīng)的酸——硅酸。那么，硅酸是怎樣的一種酸？它怎樣制得呢？下面我們就來學(xué)習(xí)這個問題。［板書］

三、硅酸（h2sio3）

［師］從上一節(jié)我們比較同主族元素的性質(zhì)知道，硅酸是一種比碳酸還要弱的酸，它不溶于水，不能使指示劑變色，是一種白色粉末狀的固體。［板書］不溶于水，酸性比碳酸弱。

［師］硅酸可通過可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)得到，如：

［講解］生成的h4sio4叫原硅酸，是一種白色膠狀物質(zhì)，不溶于水，在干燥的空氣中易失水變成硅酸。硅酸在加熱條件下會進(jìn)一步失水得到二氧化硅。［板書］ h4sio4====h2sio3+h2o h2sio3 sio2+h2o ［過渡］剛才我們提到的硅酸鈉，是一種可溶性的硅酸鹽，而其他硅酸鹽多數(shù)是不溶于水的。硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，自然界中存在的各種天然硅酸鹽礦物，約占地殼質(zhì)量的5%。

［板書］

四、硅酸鹽

［師］請大家看以下實驗。［演示實驗］取兩根一樣的干燥布條（其中一根在硅酸鈉溶液中浸過）在火焰上燃燒。［問］兩根布條燃燒的情況一樣嗎？現(xiàn)象有何不同？ ［生］不一樣。一根很容易燃燒，一根不燃。

［師］是什么原因造成了這樣的差別呢？答案在這里！［板書］硅酸鈉（na2sio3）［講解］不燃的布條是由于我預(yù)先在硅酸鈉溶液中浸泡并曬干的。這也是硅酸鈉的用途之一。硅酸鈉的水溶液俗名“水玻璃”，其用途很廣，建筑工業(yè)及造紙工業(yè)用它做粘合劑。

木材或織物用水玻璃浸泡過后既防腐又不易著火。浸過水玻璃的鮮蛋可以長期保存。水玻璃還用作軟水劑，洗滌劑和制肥皂的填料。它也是制硅膠和分子篩的原料。

硅酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，通常可用二氧化硅和金屬氧化物的形式來表示其組成。書寫時，應(yīng)把金屬元素的氧化物寫在前面，若有多種金屬元素，按活潑性依次減弱的順序?qū)懗銎溲趸铮缓髮憇io2，最后寫h2o，且各氧化物之間要用“?”隔開。如： ［板書并講解］ na2sio3 na2o?sio2 al2（si2o5）（oh）4 al2o3?2sio2?2h2o ［師］粘土的主要成分也是硅酸鹽，是制造陶瓷器的主要原料。［投影練習(xí)］閱讀下文，完成1~3題。

1.假設(shè)根據(jù)每步反應(yīng)建立一個生產(chǎn)車間，該高純硅廠家需要幾個車間 a.3個 b.4個

2.生產(chǎn)原理中沒有涉及到的反應(yīng)是 a.置換反應(yīng) b.復(fù)分解反應(yīng)

3.該廠家不采用石英與焦炭直接制高純硅的主要原因是 4.al2o3?2sio2?2h2o是 a.混合物b.硅酸鹽 解析：硅酸鹽的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人們通常用金屬氧化物和二氧化硅的形式來表示組成，如na2sio3改寫成na2o?sio2。解此類題時，先把題目所給氧化物反寫過來則為al2（si2o5）?（oh）4，為高嶺石，即為硅酸鹽，不是混合物，也不是兩種氧化物的水化物，更不是鋁酸鹽。答案：b ●板書設(shè)計

第三節(jié) 硅和二氧化硅

一、硅（si）

以化合態(tài)存在于自然界；有兩種同素異形體。（1）物理性質(zhì)：熔沸點高、硬度大、半導(dǎo)體。（2）化學(xué)性質(zhì) 常溫下性質(zhì)穩(wěn)定

si+o2 sio2（3）硅的用途（4）硅的制法 二、二氧化硅（sio2）

（1）物理性質(zhì)：堅硬難溶的固體，不溶于水。

（2）化學(xué)性質(zhì)：不溶于水的酸性氧化物，能與氫氟酸反應(yīng)。（3）用途

三、硅酸（h2sio3）不溶于水，酸性比碳酸弱

h4sio4====h2sio3+h2o h2sio3 sio2+h2o

四、硅酸鹽

硅酸鈉（na2sio3）na2o?sio2 al2（si2o5）（oh）4 al2o3?2sio2?2h2o ●教學(xué)說明

本節(jié)課采用了學(xué)生自學(xué)、教師引導(dǎo)歸納，并同已學(xué)知識相比較的教學(xué)方法，目的是為了讓學(xué)生更多地參與教學(xué)，并在學(xué)習(xí)的過程中培養(yǎng)學(xué)生對知識的歸納、總結(jié)和探究的能力。由于在初中已學(xué)過有關(guān)碳及其化合物的知識，采用對比的學(xué)習(xí)方法，可以使學(xué)生溫故而知新。學(xué)生在了解sio2的用途時，教師同時引導(dǎo)他們了解sio2粉塵的危害。這可以培養(yǎng)學(xué)生在以后的實踐中能辯證地看問題。

本課時增加了一個有關(guān)水玻璃的實驗。一是引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；再就是學(xué)生會印象深刻；更重要的是消除學(xué)生對陳述性知識的乏味感，也希望能對后面硅酸鹽工業(yè)的介紹，做一個很好的引子。

另外，如果授課時間允許，最好能專用一個課時來學(xué)習(xí)和整理碳及其化合物的有關(guān)知識，以使碳族元素的知識更加豐富和條理化。

［注］碳及其化合物的有關(guān)知識可參考備課資料的知識補充部分。

第五篇：二氧化硅設(shè)備工藝（范文模版）

設(shè)備布局和工藝流程圖

申報單位：山東聊城阿華制藥有限公司

技術(shù)申報資料

設(shè)備布局和生產(chǎn)工藝

1.產(chǎn)品名稱：二氧化硅 主要生產(chǎn)設(shè)備及車間布局 1.1 主要生產(chǎn)設(shè)備

設(shè)備名稱

型號

生產(chǎn)廠家 洗滌釜

3000L

山東淄博化工設(shè)備廠 板框壓濾機

BMY50/800

濟(jì)南化工機械廠 噴物干燥塔

非標(biāo)

無錫印染設(shè)備廠

三次元旋振篩

1200-1S

河南新鄉(xiāng)市三圓堂工貿(mào)有限公司

2.2車間布局

生產(chǎn)二氧化硅和生產(chǎn)微晶纖維素用同一車間和設(shè)備，其車間布局，車間布局圖見附頁。2．原料名稱、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：

名

稱

質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

工業(yè)二氧化硅

SOP-RMS 10 00

工藝用水

SOP-RMS 22 00 3．工藝流程

3.1 工藝流程圖

混勻→精致→壓濾→干燥→篩粉→成品

3.2 工藝操作

3.2.1 工業(yè)二氧化硅加工藝用水于洗滌釜內(nèi)充分混勻后放入洗滌池。3.2.2 物料在洗滌池內(nèi)進(jìn)行精制

3.2.3 精制后的物料用板框壓濾機進(jìn)行固液分離

3.2.4 釜中加入一定量工藝用水，投入濾餅，充分混勻。3.2.5 進(jìn)行噴物干燥。

3.2.6 用三次元旋振篩進(jìn)行篩粉,并按標(biāo)準(zhǔn)凈重10公斤/件包裝入庫。4.三廢處理

在生產(chǎn)過程中，沒有用到有毒有害，同時也沒有產(chǎn)生有毒、有害的物質(zhì)。5.安全性

本品是白色無臭、無味、無毒的粉末，性質(zhì)穩(wěn)定；因而其安全性是不存在問題的。