[發(fā)明專利]一種基于稻殼灰的制備二氧化硅納米顆粒的超重力液液沉淀法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611006946.4
• 申請(qǐng)日: 2016-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN106698444A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張智亮;鄭建忠;王廣全;計(jì)建炳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B33/12
• 分類號(hào): C01B33/12;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司33201
• 代理人: 王兵,黃美娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于稻殼灰的制備二氧化硅納米顆粒的超重力液液沉淀法，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國是世界上稻殼資源最豐富的國家，占世界稻谷總產(chǎn)量的37％，居世界首位。現(xiàn)階段，在我國所產(chǎn)生的稻殼一般用于燃燒供熱或發(fā)電，對(duì)稻殼的利用過去一直偏向于作為能源，但在利用完之后仍然會(huì)殘存大量的稻殼灰。稻殼灰中富含硅元素和碳元素，通常被視為農(nóng)業(yè)廢棄物而遭到丟棄，不但污染了環(huán)境，也造成了資源浪費(fèi)。隨著人們對(duì)環(huán)境以及生物質(zhì)資源的重新認(rèn)識(shí)，對(duì)稻殼灰的利用逐漸被重視了起來。現(xiàn)在已知的稻殼灰用途包括制備分子篩、活性炭、催化劑載體、高品質(zhì)的二氧化硅等。

制備納米級(jí)二氧化硅生產(chǎn)方法基本可分為氣相法和液相法。氣相法主要是鹵化硅在氫氧火焰生成的水中進(jìn)行高溫水解制得。氣相法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物純度高且呈球形，分散性能好，表面羥基少，粒子細(xì)，因而具有良好的補(bǔ)強(qiáng)性能，但原料昂貴，能耗高，技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備要求高，這些缺點(diǎn)限制了產(chǎn)品的應(yīng)用。

另外液相法主要是酸沉淀法，通過酸化硅酸鹽，獲得分散疏松的二氧化硅顆粒。目前主要酸沉淀法是硫酸酸化法，用酸沉淀法制備二氧化硅、生產(chǎn)技術(shù)、工藝、設(shè)備簡單、原料來源廣泛，生產(chǎn)成本低，但產(chǎn)品粒徑大、活性較低、顆粒不易控制、親和力較差、產(chǎn)品品質(zhì)相對(duì)較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用稻殼灰，同時(shí)能夠縮短酸化反應(yīng)時(shí)間制備高質(zhì)量納米二氧化硅的方法。本發(fā)明以稻殼灰為原料，采用超重力容器代替酸化攪拌反應(yīng)釜，并在反應(yīng)中加入表面活性劑，成本大大降低，不僅能縮短酸化反應(yīng)時(shí)間，提高效率而且還能提高產(chǎn)品質(zhì)量。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種二氧化硅納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

(1)向稻殼灰中加入酸溶液，使稻殼灰浸沒于所述的酸溶液中，加熱回流1～5小時(shí)，用水洗至中性后干燥得固體產(chǎn)物，所述酸的物質(zhì)的量濃度為0.1～5mol/L；

(2)向步驟(1)所得固體產(chǎn)物中加入堿性溶液，加熱回流1～5小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，抽濾，并用熱水洗滌濾渣，得到的濾液即為水玻璃溶液，保溫備用，所述堿性溶液濃度為0.1～10mol/L；

(3)將表面活性劑加入到步驟(2)獲得的水玻璃溶液中得到混合液，然后按混合液和液相沉淀劑的流量比為1:1～20同時(shí)將預(yù)熱后的混合液和液相沉淀劑通入超重力旋轉(zhuǎn)床，得漿液，以氨水作pH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)pH至8-10，保溫陳化0.25～2h，以硫酸作pH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)pH至1-3，然后過濾，所得濾餅用水洗滌至中性，加熱干燥，粉碎后所得粉體即為二氧化硅納米顆粒；所述液相沉淀劑為硫酸溶液、鹽酸溶液或兩者的混合酸。

本發(fā)明步驟(1)中所述酸溶液的加入量以稻殼灰質(zhì)量計(jì)為5～20mL/g。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述酸溶液為鹽酸、硫酸或者兩者的混合酸，所述混合酸中鹽酸溶液與硫酸溶液的體積比為1：0.2～5。

再進(jìn)一步，本發(fā)明步驟(2)中所述堿性溶液的加入量以固體產(chǎn)物的質(zhì)量計(jì)為5～15mL/g。

更進(jìn)一步，本發(fā)明步驟(2)中所述堿溶液推薦為氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液或二者的混合堿性溶液，所述氫氧化鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為0.1～10mol/L，所述碳酸鈉溶液的物質(zhì)的量濃度為0.1～5mol/L，所述混合堿性溶液中的氫氧化鈉溶液與碳酸鈉溶液的體積比為1:0.1～10。

本發(fā)明步驟(2)中所述熱水溫度為60～100℃。

通常，本發(fā)明步驟(2)中所述熱水的加入體積與堿溶液的加入體積相等。

更進(jìn)一步，本發(fā)明步驟(3)中，所述液相沉淀劑為鹽酸溶液或硫酸溶液時(shí)，液相沉淀劑的物質(zhì)的量濃度為0.1～5mol/L。

再進(jìn)一步，本發(fā)明步驟(3)中，所述液相沉淀劑為鹽酸溶液與硫酸溶液的混合酸時(shí)，鹽酸溶液與硫酸溶液的體積比為1:0.2～5。

本發(fā)明所述鹽酸溶液、硫酸溶液、氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液都以水溶液的形式加入。

本發(fā)明步驟(3)中，所述的表面活性劑推薦為吐溫-80、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨或六偏磷酸鈉。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述表面活性劑在混合液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05～5wt％。