技术摘要：
本发明公开了一种制备活性硅酸及硅溶胶的方法，包括：(1)采用碱溶液处理强酸型阳离子树脂，洗涤至中性；(2)将(1)所得的强酸型阳离子树脂用酸溶液进行再生处理，洗涤至中性；(3)将去离子水加入到盛有(2)所得的强酸型阳离子树脂离子交换釜中，缓慢加入泡花碱，持续搅拌， 全部
背景技术：
活性硅酸是一种制备硅溶胶的重要原料。活性硅酸有强烈的自团聚趋势，故活性 硅酸软团聚之后形成聚硅酸。当碱性溶液中的活性硅酸达到饱和浓度后，部分活性硅酸将 自行发生脱水缩合反应，形成硅溶胶的母核，继续添加活性硅酸将吸附在硅溶胶母核表面 进行胶粒生长过程，使得胶粒粒径不断增大，得到硅溶胶产品。高品质的活性硅酸对硅溶胶 产品的质量有关键性影响。 硅溶胶被广泛用于石油化工、催化剂、电子冶金、精铸、造纸、胶乳、涂料、耐火材 料、绝热材料、电瓶等行业。例如粒径为7-9nm的硅溶胶可用于酿酒与果汁净化；硅溶胶有较 高的比表面积，粒径为18-22nm的硅溶胶可用于高纯催化剂载体；粒径为50-100nm的硅溶胶 可用于电子、金属、半导体和玻璃的抛光等行业。由于现在这些行业的规模和市场逐渐迅速 扩展，重要的是制备高品质活性硅酸和硅溶胶的核心技术完全掌握在国外少数公司手中， 国内的下游企业主要依赖进口获得高端硅溶胶产品，承受高额的成本费用和货源少的制 约。因而近几十年来活性硅酸及硅溶胶制备方法的研究和生产越来越引起人们的重视。 目前国内外生产活性硅酸的方法主要是离子交换法。离子交换法是采用稀释后的 泡花碱为原料，经强酸型阳离子交换树脂反应除掉原料中的Na 及其它杂质阳离子，制备得 到活性硅酸。目前国内工业中使用的方法制备的活性硅酸存在透光率低、杂质离子含量高 和稳定性差等问题，严重影响后续硅溶胶产品的指标。 有鉴于此特提出本发明。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种制备活性硅酸及硅 溶胶的方法，旨在建立一套完善的活性硅酸制备工艺和流程，解决现有方法制备的活性硅 酸存在透光率低、杂质离子含量高、稳定性差、存放短时间内发生凝胶现象等问题。 为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是： 本发明的第一目的是提供一种制备活性硅酸的方法，包括以下步骤： (1)采用碱溶液处理强酸型阳离子树脂，洗涤至中性； (2)将(1)所得的强酸型阳离子树脂用酸溶液进行再生处理，洗涤至中性； (3)将去离子水加入到盛有(2)所得的强酸型阳离子树脂离子交换釜中，搅拌均 匀，缓慢加入泡花碱，持续搅拌，进行离子交换反应，得到活性硅酸粗品； (4)将(3)所得活性硅酸粗品加入装有碱性阴离子树脂的离子交换釜中，搅拌均 匀，得到高品质的活性硅酸。 现有的离子交换法制备活性硅酸的方法中，洗涤效果不明确，碱溶液或酸溶液处 3 CN 111732106 A 说 明 书 2/11 页 理强酸型阳离子树脂的过程中，处理效果欠佳，因此制备的活性硅酸存在透光率低、杂质离 子含量高和稳定性差等问题，严重影响后续硅溶胶产品的指标。 本申请的制备活性硅酸的方法中，调整了制备活性硅酸的方法中多项工艺参数， 尤其调整了NaOH溶液与强酸型阳离子树脂、HCl溶液与强酸型阳离子树脂用量的体积比，每 个步骤洗涤时明确洗涤至中性，从而改善了再生后树脂的环境，配合提高的搅拌速率和较 长的反应时间，有利于通过离子交换法获得更高品质的活性硅酸。所得的活性硅酸的透光 率高、稳定性好、存放时间长，也有利于保证后续硅溶胶的质量。 进一步的方案，步骤(1)中，采用浓度为4-10wt％的NaOH溶液处理强酸型阳离子树 脂，NaOH溶液与强酸型阳离子树脂的体积比为0.8:1-3:1。 上述方案中，将NaOH溶液加入盛有强酸型阳离子树脂的离子交换反应釜中，静置 或者搅拌，搅拌速率为0-200r/min，搅拌时间为2-4h，来处理强酸型阳离子树脂，除掉树脂 中的油脂和可溶性杂质等物质；然后将处理后的强酸型阳离子树脂用去离子水进行洗涤2- 5遍，至pH为中性。 本发明中，使用的强酸型阳离子树脂的商品型号为：001-7、D001-7、001-10、001-4 和001-8，优选地，选自001-7和D001-7。 进一步的方案，步骤(2)中，采用浓度为4-10wt％的HCl溶液处理强酸型阳离子树 脂，HCl溶液与强酸型阳离子树脂的体积比为1:1-6:1。 将所得的强酸型阳离子树脂用HCl进行再生处理，使树脂上带上H 。强酸型阳离子 树脂的再生方式采用静置浸泡或者动态再生的方式。静置浸泡再生的时间为5-90min，动态 再生为在20-60min内将盐酸缓慢流动经过树脂，达到再生效果。然后将HCl处理后的强酸型 阳离子树脂用去离子水洗涤，去离子水和强酸型阳离子树脂的体积比为1:1-3:1，洗涤次数 为3-6次，至pH为中性。 进一步的方案，步骤(3)中，泡花碱中二氧化硅质量分数为10-25％，所述泡花碱与 去离子水的体积比为1:3-1:6。 进一步的方案，步骤(3)中，搅拌进行离子交换反应的过程中，搅拌速率为180- 300r/min， 优选的，搅拌速率为200-250r/min。 进一步的方案，步骤(3)中，阳离子交换反应温度为20-40℃， 优选的，反应温度为25-30℃。 进一步的方案，步骤(3)中，阳离子交换反应的时间为10-60min， 优选的，反应时间为30-60min。 进一步的方案，将步骤(3)进行阳离子交换反应后的强酸型阳离子树脂用去离子 水洗涤，去除残留的活性硅酸；然后浸泡在去离子水中，备用；去离子水与树脂体积比为 0.8:1-3:1。 进一步的方案，步骤(4)中，碱性阴离子树脂的商品型号可以选自213型、D213型、 311型和D311型，优选为213型。 进一步的方案，步骤(4)中，进行阴离子交换反应的时间为10-30min； 进一步的方案，步骤(4)中，搅拌速率为180-300r/min， 优选的，搅拌速率为200-250r/min。 4 CN 111732106 A 说 明 书 3/11 页 进一步的方案，步骤(4)中，反应温度为20-40℃，优选为25-30℃。 进一步的方案，将步骤(4)阴离子交换反应后的碱性阴离子树脂用去离子水洗涤 2-3遍，去除残留的活性硅酸；然后浸泡在去离子水中，备用；去离子水与碱性阴离子树脂体 积比为0.8:1-3:1。 本发明的第二目的是提供一种制备硅溶胶的方法，包括以下步骤： (1)将采用上述任意一项方案或者组合方案的方法制备的活性硅酸加入含有NaOH 的底水溶液中，搅拌，进行粒径增长，制得稀硅溶胶粗品； (2)将(1)所得的稀硅溶胶粗品通过超滤装置将二氧化硅的浓度浓缩至30wt％，得 到JN-30碱性硅溶胶产品； 优选的，步骤(1)中，搅拌速率为200-450r/min，优选的，搅拌速率为350-400r/ min；在碱的催化作用下，进行粒径增长得到粒径为10-30nm的稀硅溶胶粗品。 本发明的第三目的是提供一种采用如上任意一种方案或者组合方案制备活性硅 酸的方法制备得到的活性硅酸。 采用本发明制备活性硅酸的方法所得的活性硅酸，透光率为98.6％，质地均匀；常 温常压下放置72小时以上未发生凝胶现象，非常稳定；pH值为2-3，酸性值稳定；含有二氧化 硅的质量分数为2-8％；钠离子含量低，其含量控制在40-100ppm之间，铁离子和铝离子等杂 质离子在30ppm以下，离子交换充分，杂质离子含量少。 本发明的第四目的是提供采用如上任意一种方案或者组合方案制备硅溶胶的方 法制备得到的硅溶胶。 采用本发明制备活性硅酸的方法所得到的活性硅酸为原料，进行胶粒生长制备碱 性硅溶胶，所得硅溶胶的粒径为10-30nm，粒径均一，球形度好；分散性高，黏连程度低；透光 率为68-75％，透光率高，质地均匀；pH值为9.0-10 .0，稳定性好；二氧化硅含量为30 .0- 31.0％；氧化钠的含量低于0.3％；粘度小于7.0mPa·s；密度约为1.20g/cm3，完全符合HGT 2521-2008工业硅溶胶行业标准的要求。 采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果： 1、本发明调整了制备活性硅酸的方法中多项工艺参数，尤其调整了NaOH溶液与强 酸型阳离子树脂、HCl溶液与强酸型阳离子树脂用量的体积比，每个步骤洗涤时明确洗涤至 中性，从而改善了再生后树脂的环境，配合提高的搅拌速率和较长的反应时间，有利于通过 离子交换法获得更高品质的活性硅酸。所得的活性硅酸的透光率高、稳定性好、存放时间 长，也有利于保证后续硅溶胶的质量。 2、本发明以泡花碱为原料，通过离子交换法得到了高品质活性硅酸及硅溶胶产 品，制定了完善清晰的活性硅酸制备工艺和流程，为今后工业生产提供了理论技术指导，改 善了目前工业生产中技术操作不明确，活性硅酸产品透光率差、稳定性差和杂质含量高等 问题；最重要的是本发明通过实验证明了硅溶胶的透光率、稳定性和存放时间等因素，会对 硅溶胶产品的质量和指标产生重要影响。 下面结合附图对本发明的
