基本信息
- 项目名称：
- 多晶硅副产物四氯化硅用于生产新型吸附材料及应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 多晶硅副产物四氯化硅已成为太阳能光伏产业的瓶颈，对其进行有效处理与综合利用具有重要意义。通过多晶硅副产物四氯化硅制备双功能吸附材料，选用不同结构与功能的代表染料对比研究了新型活性炭-二氧化硅双功能吸附材料与市售活性炭吸附性能，其吸附性行能比市售工业活性炭更好。产品集成了活性炭与二氧化硅的吸附优点，有效解决了四氯化硅及含碳废弃物综合利用，已申请相关专利和完成系列研究论文，且已有企业开始运作。
- 详细介绍：
- 多晶硅生产副产物四氯化硅已成为太阳能光伏产业多晶硅生产发展的瓶颈，对其进行有效处理与综合利用具有重要意义。本论文通过多晶硅副产物四氯化硅用于制备双功能吸附材料，对其制备条件进行了研究，也选用不同结构与功能的代表染料对比研究了新型活性炭-二氧化硅双功能吸附材料与市售工业用活性炭吸附性能，而我们的成本价比市售工业活性炭要低850元/吨，而吸附性能更好，产品不仅集成了活性炭与二氧化硅的吸附优点，也有效解决了多晶硅副产物四氯化硅综合利用及含碳废弃物综合利用，已申请相关专利和完成系列研究论文，且已有企业开始运作。 本产品利用多晶硅副产物四氯化硅制备吸附材料的方法，是于水中加入碱性氧化物或钙盐等固体粉末于搅拌下至其充分溶解后，再加入一定量含碳物质，然后充分搅拌加入多晶硅副产物四氯化硅及余量的含碳物质，再经充分搅拌后放置一夜，最后在马弗炉中保持温度为600℃～800℃下活化3～5个小时，冷却后取出，并用蒸馏水洗涤至无氯离子为止，抽干，干燥、称重，得产品。本产品制备工艺简单，直接利用多晶硅副产物四氯化硅水解产生的盐酸与适量化学试剂及原料混合，经活化后获得活性炭-二氧化硅混合吸附材料，而且原料丰富，成本较低，实现了四氯化硅及生物质与含碳废物的综合应用。 试验最后副产物为氯化氢气体和氯化钙溶液，氯化氢气体和氯化钙都可以收集并回收再利用，工业生产也可以将其回收利用。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目前国内尚缺乏经济处理多晶硅副产物的技术，大多采取掩埋的处理做法，长此以往将会严重污染环境。四川乐山作为国家硅材料产业基地，如何充分利用好四氯化硅一直是很多专家学者共同研究的重要课题。合理并有效地处理四氯化硅，推动多晶硅产业的不断向前发展势在必得。该生产技术是全新的、独有的，既充分地利用了难处理的多晶硅副产物四氯化硅，又生产出性能很好的活性炭—二氧化硅混合吸附材料。
科学性、先进性及独特之处
- （1）利用四氯化硅水解产生H4SiO4与大量盐酸，用其强酸性，与适量的碱性氧化物等中和，并与并与各种含碳的物质混合，在室温充分浸渍后，高温活化得产品、巧妙的利用生成的氯化钙起脱水、催化作用、骨架作用生产活性炭。 （2）而生成的二氧化硅通过酸、热等活化、扩容处理,其孔隙增大。经过扩容处理的二氧化硅可以作为一种载体. （3）能有效及在大量处理多晶硅副产物四氯化硅与含碳废弃物综合利用。
应用价值和现实意义
- 以多晶硅副产物SiCl4 以及木屑、食用菌栽培废料为原料制备活性炭-二氧化硅实现原料来源经济、简单且制备工艺简单，能对废物回收再利用，节能环保，使其具有现实意义。 活性炭在生活，生产中应用广泛，在发达国家的人们的饮用水、城市生活废水、工业废水基本上都采用包括活性炭处理在内的三级净化，特别是国家对水质标准的提升，吸附材料市场前景更好，这些都体现了活性炭的实际应用价值。
学术论文摘要
- 目前国内尚缺乏经济处理多晶硅副产物的技术，大多采取掩埋的处理做法，长此以往将会严重污染环境。四川乐山作为国家硅材料产业基地，如何充分利用好四氯化硅一直是很多专家学者共同研究的重要课题。本研究利用四氯化硅水解产生H4SiO4与大量盐酸，用其强酸性，与适量的碱性氧化物等中和，并与并与各种含碳的物质混合，在室温充分浸渍后，高温活化得产品、巧妙的利用生成的氯化钙起脱水、催化作用、骨架作用生产活性炭。能有效及在大量处理多晶硅副产物四氯化硅与含碳废弃物综合利用。
获奖情况
- 作品已申请专利“ 四氯化硅用于活性炭-二氧化硅混合吸附材料的制备”公开号：CN101785990A 公开时期：2010.07.28
鉴定结果
- 无
参考文献
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同类课题研究水平概述
- 目前国内尚缺乏经济处理多晶硅副产物的技术。处理四氯化硅的方法主要有：制备二氧化硅粉体及水解沉定法产生二氧化硅，市场容量有限，利用四氯化硅生产高附加值的气相法白炭黑二氧化硅，但白炭黑市场相对较小。高温高压下利用氢气将四氯化硅还原为多晶硅的主要原料三氯氢硅目前关注得最多，其一次转化率是关键，也有相关专利（CN101445245），但由于氢化技术不够成熟。国内目前最大的问题是产物三氯氢硅（SiHCl3）的收率不够高，回收三氯氢硅的成本还可能高于直接生产三氯氢硅的成本，导致该技术对四氯化硅的综合利用还未发挥重要作用。如生产正硅酸乙酯、工艺简单，作为精细化工产品、市场不大。生产更多新型有机硅化合物，还有许多技术难题。可用四氯化硅生产光纤材料，但光纤材料作为一种通讯用材料，总吨位较小。光伏产业发展的速度和规模决定了四氯化硅的应用在相当长一段时间内必须走闭路循环的道路。这就必须依靠氢化技术，现有各种技术还存在一些不足之处。热氢化反应温度高、工艺流程复杂、装置操作难度大；加热器采用碳―碳复合材料，成本高；转化率低、能耗高。 冷氢化方法操作压力高，设备磨损大，不能长期连续稳定运行。本项目重视资源循环利用，资源效益最大化原则。本课题研究出了活性炭—二氧化硅双功能吸附材料，集合了活性炭的优势和二氧化硅的特殊吸附性能，将在市场上具有较强的竞争优势。活性炭各种各样的制品不断涌现，如超细活性炭、多功能混合活性炭等。专利：US Pat No. 4，125，482，merck；US Pat No . 4，150，045，Calgon）利用活性炭和二氧化硅的预涂过滤工艺，可从食用油中去除颜料。（专利：200410018016）。活性炭/沸石双功能吸附材料及制备方法公开号：1583243（用煤矸石为原料制备）可用于工业废水的处理。而二氧化硅也较好的作为吸附材料进行开发：二氧化硅作为吸附剂用于污水处理，二氧化硅与有机絮凝剂一起，絮凝有毒物质。 二氧化硅作为吸附剂，可用来吸附微生物和病毒。 美国专利：（US Pat No.4，968，518）将活性炭和二氧化硅合用，能提高对特殊物质的吸收效率。本产品有较好的净化功能：增加水资源的循环利用度，节约资源，净化空气，保护环境。还可作为工业催化剂及催化剂载体、纳米材料、储能材料。民用品：民用品艺术炭雕
