氣相法白炭黑（學名氣相二氧化硅）是利用氯硅烷經氫氧焰高溫水解制得的一種精細、特殊的無定形粉體材料，平均原生粒徑約為7-40納米，聚集體粒徑約為200-300納米，比表面積50～380m²/g，產品純度高，SiO₂含量不小于9.8%，是一種多功能的添加劑，廣泛應用于涂料行業，可起到增稠、觸變、消光、防沉等作用。

一、氣相二氧化硅的制備

目前，無論國內的還是國外的氣相二氧化硅生產企業所采用的都是同一種氣相二氧化硅生產工藝，該生產工藝采用氯硅烷在氫氧火焰生成的水中高溫水解的方式，目前世界上主要氣相二氧化硅生產廠家使用的氯硅烷基本都是四氯化硅、甲基三氯硅烷或它們的混合物，并將其副產的鹽酸解析，返回三氯氫硅合成工序，并將解析后的母液返回鹽酸吸收工序，實現資源的綜合利用。具體反應式如下：式中SiCl4是生產多晶硅產生的廢料，CH3SiCl3是有機硅行業的副產物。

SiCl4 + 2H2 + O2 → SiO2 + 4HCl （合成工藝Ⅰ）

CH3SiCl3 + 2H2 + 3O2 → SiO2 + 3HCl + 2H2O + CO2 （合成工藝Ⅱ）

二、氣相二氧化硅不同領域的應用

氣相二氧化硅自問世以來就由于其優異的特性而受到人們的廣泛關注，目前在各行業領域都有廣泛應用，如對橡膠進行補強，加入塑料中作填充劑，加入油墨中作增稠劑，作為高級填料加入到化妝品中等，此外在涂料、油漆、粘合劑中也有應用。氣相二氧化硅還在磁性、催化性、熔點等方面顯示出與其他材料不同的優異特性，因而還被當作功能添加劑使用。近年來，納米科技迅猛發展并取得矚目的成績，氣相二氧化硅擁有納米級的粒徑，而且本身無毒且純度高，因此在一些新興領域受到研究人員的關注并已經取得有益進展。

1、氣相二氧化硅在氧化脫硫領域的應用

隨著化石燃料的使用，硫化物的排放也在逐漸增加，導致嚴重的環境污染，破壞生態系統，危害人類健康，因此燃料油深度脫硫逐漸成為一個迫切需要解決的環境問題。加氫脫硫是一種比較發達的技術，可以脫除大部分硫化物。然而，雜環硫化物及其衍生物的脫除效果不佳，因此，前人研究開發了吸附法、萃取法、和氧化脫硫法（ODS）等多種脫硫技術，其中ODS法具有反應條件溫和、操作過程簡單、高效脫硫。

親水性氣相二氧化硅（F-SiO2）為載體，采用浸漬法將磷鎢酸（HPW）負載到F-SiO2上，由于二氧化硅顆粒的聚集，降低了載體的堆積密度，形成蓬松的大顆粒，使得HPW更加分散和固定在F-SiO2表面，提高了負載催化劑的比表積和反應活性位點。在最佳工藝條件下，模擬油品中二苯并噻吩（DBT）的脫除率可達100%，循環13次后，催化劑仍具有較高的活性，DBT轉化率可達95.362%。（來源：10.1021/acsomega.9b02802）

2.氣相二氧化硅在食品衛生領域的應用

食品接觸表面（如包裝材料）的細菌污染和交叉污染是全球關注的主要問題，可能發生在食品生產、加工、包裝和運輸過程中。有關據世界衛生組織（WHO）估計，全球約有6億例食源性疾病，每年造成42萬人死亡，相關的經濟影響在510億至777億美元之間。為了避免這個問題，使用抗微生物涂覆的膜被視為避免或最小化細菌污染和/或交叉污染的解決方案。

由氣相二氧化硅、鐵和茶多酚組成的三面填充劑，氣相二氧化硅充分提高了鐵和茶多酚的有效活性數量，對革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌和革蘭氏陰性葡萄球菌明顯減少。此外，隨著負載量的增加，抗氧化活性得到肯定，達到最大值67%，鐵的特定遷移限值低于現行食品接觸材料法規中適用的限值。（參考：10.1016/j.foodcont.2022.109036）

3、氣相二氧化硅在橡膠領域的應用

氣相二氧化硅也常用于制備硅橡膠。對于室溫硫化硅橡膠來說，氣相二氧化硅不但可以提高其拉伸強度，更在一定程度上作為增稠劑和觸變劑控制室溫硅橡膠的使用性能。氣相二氧化硅還可以用于填充硅樹脂，特別是那些用于電子領域和硅橡膠混煉中的硅樹脂。

由于結合橡膠層的存在，氣相二氧化硅傾向在橡膠中形成納米填料網絡，該網絡由多種填料交織而成，與結合的橡膠鏈纏繞在一起以增強橡膠。二氧化硅在固化過程中再團聚勢能顯著降低。所得緊密結合橡膠的總表面能低于橡膠基體，表明形成結構更穩定。

4、氣相二氧化硅在油墨、涂料領域的應用

工業上，人們常常將氣相二氧化硅加入到油墨、涂料中，以改善其流變特性，同時還起到分散劑和防沉劑的作用。在一些高檔涂料中，如海洋輪船用涂料，工業修補涂料等，也會加入氣相二氧化硅，主要是利用了氣相二氧化硅的觸變特性和消光特性。在某些環保要求較高的高固含量涂料中，通常加入氣相二氧化硅以改善涂料的觸變性和分散特性。工業用油墨中，一般加入適量氣相二氧化硅對其流變特性進行調節。

5.氣相二氧化硅在鋰電領域的應用

鋰金屬軟包電池具有能量密度大，質量輕，成本更低更適于規模化生產，但由于金屬鋰的特性，在充放電時Li枝晶生長的不可控性極大的阻礙了鋰電池的循環穩定性和商業化。基于氣相二氧化硅的納米特性和獨特的介電常數，可以有效的改善鋰電極的物理化學特性，避免Li枝晶的生長，從而提高鋰電池的充放電次數。

在機械摩擦作用下，氣相二氧化硅可以打破鋰箔上的原始鈍化層并進行原位鋰化，形成具有納米級分散的高電解質潤濕性和對鋰有親和力的納米顆粒的多功能重構表面。不僅可以誘導Li的均勻沉積和剝離，增強電極動力學，而且能避免Li枝晶粘附在隔膜上，從而大大提高了鋰電池的安全性能，促進了其商業化應用。（參考：10.1039/d3ee03185c）

6.氣相二氧化硅在機械拋光領域的應用

化學機械拋光（CMP）是現階段半導體器件加工一種主導技術，微電子領域的CMP要求漿料濃度高，而且雜質離子含量少，沉淀法二氧化硅和氣相二氧化硅都可以符合這個要求，但是沉淀法二氧化硅難以達到高純度的要求，氣相二氧化硅是最理想的選擇，而且雜質離子含量少，處理加工中的襯底材料更容易使其變得平坦，以方便加工。

重要的是，不同工藝制備的氣相二氧化硅有著不一樣的拋光效果。有試驗團隊研究了不同工藝制備的氣相法二氧化硅顆粒聚集體的形狀對拋光效果的影響，試驗發現將不同工藝制備的二氧化硅顆粒進行混合會達到單一工藝所不具備的優異拋光性能。

三、氣相二氧化硅未來發展前景

氣相二氧化硅行業產業鏈上游為原材料環節，主要包括一甲基三氯硅烷、四氯化硅、氫氣、氧氣等；中游為氣相二氧化硅生產供應環節，氣相二氧化硅的生產主要使用四氯化硅作為原料，而四氯化硅是晶硅生產過程中的副產物。通過將氣相二氧化硅工廠與晶硅及其下游產品工廠合作并毗鄰建設，可以充分利用資源。贏創在中國的多個合資項目如新安，如中能硅業，都是以這種聯產方式進行。隨著國內宏觀經濟的持續穩定發展和城市化進程的推進，日用化學品、汽車、電子、有機硅、硅樹脂、膠粘劑、油墨、涂料等下游產業將繼續保持穩定增長，為氣相二氧化硅的應用提供廣闊的市場空間。

隨著國內氣相二氧化硅生產技術的日益成熟，以及跨國公司在我國設立生產基地，預計氣相二氧化硅的產能和產量將繼續保持增長。同時，隨著環保意識的提升和綠色制造技術的推廣，氣相二氧化硅行業將更加注重可持續發展，推動產能和產量的優化與提升。與此同時，政府對新材料產業的支持力度將繼續加大，為氣相二氧化硅行業的發展提供有力保障。未來，隨著新能源、新材料等行業的快速發展，氣相二氧化硅的消費結構將進一步多元化。特別是新能源汽車、太陽能電池等領域對高性能氣相二氧化硅的需求將不斷增加，為行業帶來新的增長點。

粉體圈 小譚