CN1202993C - 一种从稻壳制备高纯纳米二氧化硅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米二氧化硅的制备方法，具体涉及一种从农业副产品稻壳制备纳米二氧化硅的方法。本发明包括如下步骤：先制备浓度为1～20wt%的无机酸处理剂，按2～50∶1的重量比在处理剂中加入稻壳，煮沸0.5～3小时后，经水洗、干燥再将稻壳于600～900℃环境下燃烧15～180分钟，燃烧产物纤粉碎后得粒径为30～80nm、纯度为(98～99.9%)的纳米二氧化硅，所用的处理剂为HCl或H2SO4等。稻壳的燃烧热回收，用于处理后稻壳的干燥等用热或其它用热如采暖、浴池等。由于稻壳硅均匀分布在稻壳中，本发明所述方法与用化学试剂制备的纳米级SiO2相比，具有利用天然资源，减少污染，改善环境等良好效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米二氧化硅的制备方法，具体涉及一种从农业副产品稻壳制备纳米二氧化硅的方法。
背景技术
我国年产稻谷约二亿吨，折算成稻壳约四千万吨，占世界总产量的30％以上，居世界第一位，要按理论计算，每年我国从稻壳内就可以提取约800万吨高纯度SiO2。可惜的是，目前稻壳资源没有被充分利用，作为农业垃圾白白浪费了。中国专利ZL 86107192是利用稻壳为原料，不需外加能源条件下，在焙烧炉经缓慢升温，低温焙烧，使稻壳中有机物充分分解、气化，达到白化燃烧从而制备二氧化硅，采用该发明所述方法存在产品粒径大，杂质含量高等不利于工业化的条件。中国专利ZL 95114827.3介绍了一种以稻壳灰，锅炉灰为原料提取二氧化硅的生产工艺方法，是在温度为140～170℃，反应压力为5～7MPa，反应时间为4-5小时的条件下，与纯碱溶液在搅拌反应釜内进行化学反应，得到的产品同样具有粒径大，杂质含量高等缺点。
中国专利ZL 01119431.6公开了一种以稻壳为原料，制备纳米级二氧化硅的方法，其包括如下步骤：首先将稻壳隔绝空气进行炭化，经研磨制备出亚微米级C/SiO2复合材料；再将亚微米级C/SiO2复合材料，在沸腾炉内燃烧，将产物酸洗，制得出纯度高于95％、平均粒径30nm～100nm、比表面积大于100m2/g的纳米级二氧化硅。但由于炭化时将碳和二氧化硅的空间结构改变，导致燃烧时无法将碳完全燃烧，二氧化硅的白度不够。为使残余碳完全燃烧，需要更高的燃烧温度，因而使得处理工艺复杂，能耗大成本较高。因此，本发明在我们前期工作的基础上采用先对稻壳进行化学处理，再控温燃烧制备高纯纳米二氧化硅，该方法还未见专利报道。
发明内容
本发明的目是提供一种制备高纯纳米二氧化硅的方法。
本发明首先是将稻壳进行化学处理，即将HCl、H2SO4等无机酸处理剂的浓度调制成1～20wt％，按酸性溶液与稻壳的重量比例为2～50∶1，加入稻壳后煮沸0.5～3小时，然后按常规技术水洗、干燥。将干燥好的稻壳送入燃烧炉，保持燃烧温度为600～900℃，燃烧时间为15～180分钟。燃烧产物采用普通粉碎分级或球磨或超声等方法粉碎，最终得粒径为30-80nm的高纯(98～99.9％)二氧化硅。稻壳的燃烧热回收，用于处理后稻壳的干燥等用热或其它用热如采暖、浴池等。
其中以HCl溶液为效果最好。
由于稻壳硅均匀分布在稻壳中，只要控制好工艺条件就可以得到纳米级SiO2，这与用化学试剂制备的纳米级SiO2相比，具有工艺简单，价格便宜的有利条件，并且利用了天然资源，减少了污染，改善了环境，创造了经济效益。
具体实施方式
实施例1：将1千克稻壳加入5千克浓度为10wt％的HCl溶液中，煮沸1小时，然后水洗、干燥，将干燥好的稻壳送入固定床燃烧炉燃烧，保持燃烧温度为700℃左右，燃烧时间需50分钟。燃烧产物采用超声粉碎，得到产品平均粒径为43nm、纯度为99.8％的纳米级二氧化硅。
实施例2：条件同实施例1，采用10wt％H2SO4溶液处理稻壳，燃烧粉碎后可获得粒径为50nm、产品纯度为99.1％的纳米级二氧化硅。
实施例3：条件同实施例1，保持燃烧温度为700℃，燃烧时间为30分钟。燃烧产物采用超声粉碎，得到平均粒径为42nm、产品纯度为99.8％的纳米级二氧化硅。
实施例4：预处理条件同实施例1，采用沸腾炉连续进样方式，保持燃烧温度为700℃，保持稻壳的燃烧时间为15分钟，连续出料。燃烧产物采用超声粉碎，得到平均粒径为41nm、产品纯度为99.9％的纳米级二氧化硅。
实施例5：条件同实施例4，保持燃烧温度为800℃，燃烧时间为10分钟。燃烧产物采用超声粉碎，得到平均粒径为39nm、产品纯度为99.8％的纳米级二氧化硅。
实施例6：将1千克稻壳加入5千克浓度为5％的HCl溶液中，煮沸30分钟，其他条件同实施例4，保持燃烧温度为800℃，燃烧时间为10分钟。燃烧产物采用超声粉碎，得到平均粒径为80nm、产品纯度为98.1％的纳米级二氧化硅。
实施例7：将1千克稻壳加入5千克浓度为5％的HCl溶液中，煮沸1小时，其他条件同实施例6，得到平均粒径为70nm、产品纯度为98.7％的纳米级二氧化硅。
实施例8：如实施例1，在其他条件不变的情况下，加大酸的浓度为10wt％、15wt％、20wt％，得到二氧化硅的粒径依次为43nm、42nm、43nm，产品纯度依次为99.8％、99.85％、99.9％。
实施例9：如实施例1，在其他条件不变的情况下，依次加大酸与稻壳的比例(10∶1、30∶1、50∶1等)，得到二氧化硅的粒径是基本保持不变，产品纯度增大。
实施例10：如实施例1，在其他条件不变的情况下，增加煮沸时间(如2小时、3小时等)，得到二氧化硅的粒径是基本保持不变，产品纯度增大。
实施例11：如实施例1，在其他条件不变的情况下，加长燃烧时间(如2小时、3小时)，得到二氧化硅的粒径增大，产品纯度基本保持不变。
Claims (6)
1、一种从稻壳制备高纯纳米二氧化硅的方法，包括如下步骤：将无机酸处理剂的浓度调制成1～20wt％，按酸性溶液与稻壳的重量比例为2～50∶1，加入稻壳后煮沸0.5～3小时，经水洗、干燥再将稻壳于600～900℃环境下燃烧15～180分钟，燃烧产物经粉碎后得粒径为30-80nm、纯度为98～99.9％的纳米二氧化硅。
2、如权利要求1所述的从稻壳制备高纯纳米二氧化硅的方法，其特征在于：无机酸处理剂为HCl或H2SO4溶液。
3、如权利要求2所述的从稻壳制备高纯纳米二氧化硅的方法，其特征在于：无机酸处理剂为HCl溶液。
4、如权利要求1、2、或3任何一项所述的从稻壳制备高纯纳米二氧化硅的方法，其特征在于：所采用的粉碎方法为普通粉碎分级、球磨粉碎或超声粉碎。
5、如权利要求4所述的从稻壳制备高纯纳米二氧化硅的方法，其特征在于：所采用的粉碎方法为超声粉碎。
6、如权利要求1所述的从稻壳制备高纯纳米二氧化硅的方法，其特征在于：稻壳干燥使用稻壳燃烧热。
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