介紹

偏硅酸鈣是一種化學(xué)物質(zhì)，分子式是CaSiO3。其理論組成為48.3%CaO和51.7%SiO2。它是一種鏈狀硅酸鹽礦物，具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能和礦物學(xué)特征。在常溫下，它具有三種同質(zhì)多象變體，分別是低溫變體三斜硅灰石(a-Ca3[Si3O9])、單斜副硅灰石(a'-Ca3[Si3O9])以及高溫三斜假硅灰石，又名環(huán)硅灰石(β-Ca3[Si3O9])。此外，偏硅酸鈣常含有Fe、Mn、Mg等類質(zhì)同相混入物，有鐵硅灰石和錳硅灰石成分的變種。

偏硅酸鈣

應(yīng)用

偏硅酸鈣的礦物學(xué)名稱為硅灰石，是制作陶瓷的原料。由于其獨(dú)特的晶體形態(tài)和結(jié)構(gòu)，硅灰石具有良好的絕緣性、介電性能、較高的耐熱、耐候性等，因此可以作為補(bǔ)強(qiáng)劑和添加劑應(yīng)用在塑料、橡膠、涂料、冶金等諸多領(lǐng)域。

合成

以往合成的缺點(diǎn)

傳統(tǒng)的人工制備偏硅酸鈣的方法包括：高溫固相法、水熱法、化學(xué)沉淀法、溶膠?凝膠法和微乳液法等。CN114318491A公開(kāi)了一種高溫高壓條件下制備硅灰石單晶的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)高含鐵、高含錳和高含水的硅灰石單晶的制備技術(shù)空白，但是該制備方法所需合成溫度高達(dá)1600℃，對(duì)加熱設(shè)備要求較高；除此之外，該專利也并未涉及硅灰石樣品的形貌。CN1615272A公開(kāi)了一種以水玻璃溶液和石灰漿為原料通過(guò)加熱煮沸后煅燒的方法制備偏硅酸鈣，但是這種方法制得的偏硅酸鈣長(zhǎng)徑比較短，僅為約1～2.5。CN111704143A公開(kāi)了一種從稻殼灰制備的水玻璃和生石灰為原料，制備復(fù)合硅酸鈣的方法，但是并未提及硅酸鈣樣品的形貌。雖然這一合成方法中二氧化硅來(lái)自天然稻殼灰，但是從稻殼灰到水玻璃的制備依舊不可避免強(qiáng)堿的使用，這將對(duì)環(huán)境造成一定危害，因此亟待找到一種替代含硅化學(xué)制劑的天然生物質(zhì)硅源和更加綠色的合成方法，來(lái)制備具有較高長(zhǎng)徑比的偏硅酸鈣。

新合成方法

錢苗苗[1]提供了一種以含硅生物質(zhì)為原料制備偏硅酸鈣的方法，所述方法包括：將NaCl和CaCl2混合鹽與含硅生物質(zhì)混合，經(jīng)熱解，水洗，過(guò)濾，煅燒濾餅，得到所述偏硅酸鈣；將過(guò)濾后的濾液重結(jié)晶，與含硅生物質(zhì)混合再利用。

具體步驟如下：將9.00g NaCl和17.80g CaCl2置于瑪瑙研缽中，經(jīng)充分研磨使兩種鹽均勻混合后，收集于玻璃培養(yǎng)皿中，并置于60℃烘箱中干燥備用。將26.80g上述混合鹽與5.00g稻殼置于瑪瑙研缽中，經(jīng)充分研磨混合后置于剛玉舟中，隨后放入高溫管式爐。首先對(duì)管式爐進(jìn)行抽真空置換氮?dú)獾牟僮?，升溫，并?00℃條件下熱解3h，控制降溫速率為5℃/min，期間持續(xù)通入30mL/min流速的氮?dú)?。打開(kāi)管式爐取出剛玉舟中反應(yīng)產(chǎn)物，用溫的去離子水對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行抽濾、洗滌。期間用1mol/L AgNO3溶液檢驗(yàn)濾液，具體操作如下：取5mL濾液于試管中，滴入3滴AgNO3溶液，若溶液中出現(xiàn)白色沉淀，則繼續(xù)抽濾、洗滌，直至濾液中滴入AgNO3溶液后保持澄清狀態(tài)為止。洗滌完畢后，取濾餅于玻璃培養(yǎng)皿中，于60℃烘箱中干燥12h，研磨得中間產(chǎn)物。將中間產(chǎn)物重新置于管式爐中，在550℃空氣氛圍下煅燒1h，待自然冷卻至室溫，期間持續(xù)通入30mL/min流速的空氣。打開(kāi)管式爐取出剛玉舟中反應(yīng)產(chǎn)物，收集備用，得到所述偏硅酸鈣。

該方法以含硅生物質(zhì)，包括但不限于：稻殼、稻桿、蘆葦葉、竹葉、椰子殼等為硅源，利用含硅生物質(zhì)天然結(jié)構(gòu)的模板作用，可以在比較低的煅燒溫度下，原位生成偏硅酸鈣，納米棒的長(zhǎng)徑比可達(dá)30?200。該納米棒相較于傳統(tǒng)硅灰石粉末，在形貌上具備更明顯的各向異性，可作為優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)劑和添加劑應(yīng)用在塑料、橡膠、涂料等諸多領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]錢苗苗,史亞菲,朱燕超等. 一種以含硅生物質(zhì)為原料制備偏硅酸鈣的方法[P]. 吉林?。篊N116969477A,2023-10-31.