客观日本

日本研究机构利用沙子和植物灰直接合成有机硅原料

2016年12月08日 化学材料

近日,日本产业技术综合研究所催化剂化学融合研究中心主任研究员深谷训久等人的研究小组,与硅化合物生产商COLCOAT株式会社(总部位于东京都大田区)合作,利用产量丰富且廉价的沙子和植物的焚烧灰与乙醇发生化学反应直接合成了四烷氧基硅烷。四烷氧基硅烷是未来硅酮等有机硅材料的理想原材料。该方法与以往的制法相比,更加快捷高效,未来有望利用该方法降低有机硅材料的制作成本,并节约资源。

从工业角度来看,四烷氧基硅烷是将主要成分为二氧化硅的硅石与碳在1800度以上的高温下发生反应,还原为金属硅后制作而成的。因此存在能耗大和成本高的问题。2014年,深谷等人以二氧化硅和乙醇为原料,利用有机脱水剂、二氧化碳和少量催化剂,开发出了合成四烷氧基硅烷的方法,但是该方法也存在经济方面的问题。

因此,研究小组开始着手研发更加低廉高效的合成方法,并探讨了各种各样的化学反应条件。结果发现,除了硅源和乙醇,将能够作为催化剂来促进硅氧结合分解的氢氧化钾,与作为脱水剂的无机物分子筛共存加热反应后,一定程度上能够更加高效的合成四烷氧基硅烷。

在这个反应中,如果不将副产物——水除去,将会发生逆向反应。脱水剂的使用就是为了防止出现以上情况,但是与有机脱水剂相比,分子筛的除水效率更高,且不易受到硅源中杂质的影响,因此即便使用硅纯度较低的沙子和灰,也能够高效合成四烷氧基硅烷。此外,分子筛呈固态,还具有可回收再次利用的优点。

利用沙子作为硅源时,反应3小时的合成效率为51%,秸秆灰作为硅源时的合成效率为78%,合成石英时的副产物作为硅源时的合成效率为72%。研究小组表示,下一步将验证最佳反应途经,力争在未来几年内投入应用。

将秸秆灰作为硅源时,四烷氧基硅烷的合成效率。(蓝色为以往技术中利用合成硅作为原料的合成效率)

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源自产业综合技术研究所新闻稿

文/客观日本编辑部

新闻来源(日语)
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2016/pr20161025/pr20161025.html