生物源微纳米二氧化硅制备工艺初探
纳米二氧化硅是纳米固体中的重要一员,为无定型白色粉末,是一种无毒、无味、无污染的非金属材料.纳米二氧化硅呈三维网状结构,表面存在大量的不饱和残键和不同状态的羟基,这使得纳米二氧化硅表面能高,处于热力学非稳定状态,具有很高的化学活性.纳米二氧化硅具有高表面活性、高比表面积、低比重、耐高温、耐腐蚀等性能,在陶瓷、塑料、橡胶和催化剂等许多领域有着广泛的应用.我国于1996年底成功开发出纳米二氧化硅,从而使我国成为继美、英、日、德国之后,国际上第五个能批量生产此产品的国家.目前,纳米二氧化硅的制备方法有很多,主要有干法和湿法两种.干法包括气相法和电弧法,制备的产品具有纯度高、性能好的特点,但生产过程中能源消耗大、成本高.干法中还有硅砂和焦炭的电弧加热法、有机硅化合物分解法等.湿法有沉淀法和凝胶法,其中沉淀法生产流程简单,能耗低,是目前主要的制备方法,并且湿法所用原料广泛、价廉.稻秸茎外表面富集二氧化硅颗粒,呈突起状分布.通过SEM和EDXA研究表明,硅主要以粒径小于5 nm的无定形硅的小粒子形式存在.二氧化硅与纤维间的结合点具有较大的应力,且二氧化硅在纤维上呈突起状态分布.本研究利用我国丰富的稻秸资源制备微纳米二氧化硅.在制备过程中,探讨热解温度(575℃、675℃、775℃)和保留时间(2、4h)对二氧化硅得率和粒径的影响,并且利用球磨改性制备出的二氧化硅颗粒.研究结果表明：1)成功从稻秸秆中提取二氧化硅颗粒,得率在8％以上.在575℃和657℃时,保留时间从2h延长到4h可以提高二氧化硅的得率,但是超过一定的温度范围,保留时间的变长则会降低二氧化硅的得率.当保留时间在2h时,温度的上升使得二氧化硅的得率增加；在保留时间4h下,温度上升也会提高二氧化硅的得率.2)在相同的温度条件下时,当保留时间从2h增加到4h时,二氧化硅颗粒的粒径逐渐增大.从575℃下的18.73μm增加到22.11μm,675℃下的19.24μm增加到19.99μm,775℃下的25.83μm增加到26.67μm.在相同的保留时间下,温度上升总体上使得二氧化硅粒径变大.3)球磨后二氧化硅颗粒的团聚现象得到了很好的改善,使得二氧化硅粒径变小,并且处于小于100nm的比例增多.球磨前粒径为18.94μm,而球磨后粒径都降到了7μm以下,以在6μm以下居多.较为合适的制备工艺为热解温度575℃,保留时间2h,后经高能球磨机球磨.利用稻秸制备微纳米二氧化硅,相对于传统的制备方法,有效利用了生物质资源,实现资源的可持续发展利用,变废为宝；同时降低能耗,减少有害物质的排放,有利于环境保护,对于绿色能源更好的支持.
稻秸 纳米SiO2 热解 高能球磨
潘明珠 陈成
南京林业大学木材工业学院,江苏省南京市龙蟠路159号,210037
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2010-07-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）