气相法白炭黑（学名气相二氧化硅）是利用氯硅烷经氢氧焰高温水解制得的一种精细、特殊的无定形粉体材料，平均原生粒径约为7-40纳米，聚集体粒径约为200-300纳米，比表面积50～380m²/g，产品纯度高，SiO₂含量不小于9.8%，是一种多功能的添加剂，广泛应用于涂料行业，可起到增稠、触变、消光、防沉等作用。

一、气相二氧化硅的制备

目前，无论国内的还是国外的气相二氧化硅生产企业所采用的都是同一种气相二氧化硅生产工艺，该生产工艺采用氯硅烷在氢氧火焰生成的水中高温水解的方式，目前世界上主要气相二氧化硅生产厂家使用的氯硅烷基本都是四氯化硅、甲基三氯硅烷或它们的混合物，并将其副产的盐酸解析，返回三氯氢硅合成工序，并将解析后的母液返回盐酸吸收工序，实现资源的综合利用。具体反应式如下：式中SiCl4是生产多晶硅产生的废料，CH3SiCl3是有机硅行业的副产物。

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

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

二、气相二氧化硅不同领域的应用

气相二氧化硅自问世以来就由于其优异的特性而受到人们的广泛关注，目前在各行业领域都有广泛应用，如对橡胶进行补强，加入塑料中作填充剂，加入油墨中作增稠剂，作为高级填料加入到化妆品中等，此外在涂料、油漆、粘合剂中也有应用。气相二氧化硅还在磁性、催化性、熔点等方面显示出与其他材料不同的优异特性，因而还被当作功能添加剂使用。近年来，纳米科技迅猛发展并取得瞩目的成绩，气相二氧化硅拥有纳米级的粒径，而且本身无毒且纯度高，因此在一些新兴领域受到研究人员的关注并已经取得有益进展。

1、气相二氧化硅在氧化脱硫领域的应用

随着化石燃料的使用，硫化物的排放也在逐渐增加，导致严重的环境污染，破坏生态系统，危害人类健康，因此燃料油深度脱硫逐渐成为一个迫切需要解决的环境问题。加氢脱硫是一种比较发达的技术，可以脱除大部分硫化物。然而，杂环硫化物及其衍生物的脱除效果不佳，因此，前人研究开发了吸附法、萃取法、和氧化脱硫法（ODS）等多种脱硫技术，其中ODS法具有反应条件温和、操作过程简单、高效脱硫。

亲水性气相二氧化硅（F-SiO2）为载体，采用浸渍法将磷钨酸（HPW）负载到F-SiO2上，由于二氧化硅颗粒的聚集，降低了载体的堆积密度，形成蓬松的大颗粒，使得HPW更加分散和固定在F-SiO2表面，提高了负载催化剂的比表积和反应活性位点。在最佳工艺条件下，模拟油品中二苯并噻吩（DBT）的脱除率可达100%，循环13次后，催化剂仍具有较高的活性，DBT转化率可达95.362%。（来源：10.1021/acsomega.9b02802）

2.气相二氧化硅在食品卫生领域的应用

食品接触表面（如包装材料）的细菌污染和交叉污染是全球关注的主要问题，可能发生在食品生产、加工、包装和运输过程中。有关据世界卫生组织（WHO）估计，全球约有6亿例食源性疾病，每年造成42万人死亡，相关的经济影响在510亿至777亿美元之间。为了避免这个问题，使用抗微生物涂覆的膜被视为避免或最小化细菌污染和/或交叉污染的解决方案。

由气相二氧化硅、铁和茶多酚组成的三面填充剂，气相二氧化硅充分提高了铁和茶多酚的有效活性数量，对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性葡萄球菌明显减少。此外，随着负载量的增加，抗氧化活性得到肯定，达到最大值67%，铁的特定迁移限值低于现行食品接触材料法规中适用的限值。（参考：10.1016/j.foodcont.2022.109036）

3、气相二氧化硅在橡胶领域的应用

气相二氧化硅也常用于制备硅橡胶。对于室温硫化硅橡胶来说，气相二氧化硅不但可以提高其拉伸强度，更在一定程度上作为增稠剂和触变剂控制室温硅橡胶的使用性能。气相二氧化硅还可以用于填充硅树脂，特别是那些用于电子领域和硅橡胶混炼中的硅树脂。

由于结合橡胶层的存在，气相二氧化硅倾向在橡胶中形成纳米填料网络，该网络由多种填料交织而成，与结合的橡胶链缠绕在一起以增强橡胶。二氧化硅在固化过程中再团聚势能显着降低。所得紧密结合橡胶的总表面能低于橡胶基体，表明形成结构更稳定。

4、气相二氧化硅在油墨、涂料领域的应用

工业上，人们常常将气相二氧化硅加入到油墨、涂料中，以改善其流变特性，同时还起到分散剂和防沉剂的作用。在一些高档涂料中，如海洋轮船用涂料，工业修补涂料等，也会加入气相二氧化硅，主要是利用了气相二氧化硅的触变特性和消光特性。在某些环保要求较高的高固含量涂料中，通常加入气相二氧化硅以改善涂料的触变性和分散特性。工业用油墨中，一般加入适量气相二氧化硅对其流变特性进行调节。

5.气相二氧化硅在锂电领域的应用

锂金属软包电池具有能量密度大，质量轻，成本更低更适于规模化生产，但由于金属锂的特性，在充放电时Li枝晶生长的不可控性极大的阻碍了锂电池的循环稳定性和商业化。基于气相二氧化硅的纳米特性和独特的介电常数，可以有效的改善锂电极的物理化学特性，避免Li枝晶的生长，从而提高锂电池的充放电次数。

在机械摩擦作用下，气相二氧化硅可以打破锂箔上的原始钝化层并进行原位锂化，形成具有纳米级分散的高电解质润湿性和对锂有亲和力的纳米颗粒的多功能重构表面。不仅可以诱导Li的均匀沉积和剥离，增强电极动力学，而且能避免Li枝晶粘附在隔膜上，从而大大提高了锂电池的安全性能，促进了其商业化应用。（参考：10.1039/d3ee03185c）

6.气相二氧化硅在机械抛光领域的应用

化学机械抛光（CMP）是现阶段半导体器件加工一种主导技术，微电子领域的CMP要求浆料浓度高，而且杂质离子含量少，沉淀法二氧化硅和气相二氧化硅都可以符合这个要求，但是沉淀法二氧化硅难以达到高纯度的要求，气相二氧化硅是最理想的选择，而且杂质离子含量少，处理加工中的衬底材料更容易使其变得平坦，以方便加工。

重要的是，不同工艺制备的气相二氧化硅有着不一样的抛光效果。有试验团队研究了不同工艺制备的气相法二氧化硅颗粒聚集体的形状对抛光效果的影响，试验发现将不同工艺制备的二氧化硅颗粒进行混合会达到单一工艺所不具备的优异抛光性能。

三、气相二氧化硅未来发展前景

气相二氧化硅行业产业链上游为原材料环节，主要包括一甲基三氯硅烷、四氯化硅、氢气、氧气等；中游为气相二氧化硅生产供应环节，气相二氧化硅的生产主要使用四氯化硅作为原料，而四氯化硅是晶硅生产过程中的副产物。通过将气相二氧化硅工厂与晶硅及其下游产品工厂合作并毗邻建设，可以充分利用资源。赢创在中国的多个合资项目如新安，如中能硅业，都是以这种联产方式进行。随着国内宏观经济的持续稳定发展和城市化进程的推进，日用化学品、汽车、电子、有机硅、硅树脂、胶粘剂、油墨、涂料等下游产业将继续保持稳定增长，为气相二氧化硅的应用提供广阔的市场空间。

随着国内气相二氧化硅生产技术的日益成熟，以及跨国公司在我国设立生产基地，预计气相二氧化硅的产能和产量将继续保持增长。同时，随着环保意识的提升和绿色制造技术的推广，气相二氧化硅行业将更加注重可持续发展，推动产能和产量的优化与提升。与此同时，政府对新材料产业的支持力度将继续加大，为气相二氧化硅行业的发展提供有力保障。未来，随着新能源、新材料等行业的快速发展，气相二氧化硅的消费结构将进一步多元化。特别是新能源汽车、太阳能电池等领域对高性能气相二氧化硅的需求将不断增加，为行业带来新的增长点。

粉体圈 小谭