[发明专利]一种由秸秆制备纳米二氧化硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米二氧化硅制备的工艺，主要是指利用秸秆进行纳米二氧化硅制备的方法。

背景技术

纳米尺寸的二氧化硅由于其所特有的奇异的效应，如表面界面效应、小尺寸效、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，使着纳米二氧化硅表现出优良的光、力、电、热、放射、吸收等特殊功能。因此，纳米二氧化硅在许多科研、工业领域有着不可取代的作用，是橡胶、化工、轻工、纺织、电子、机械、食品、医药、农业等行业提高产品质量指标所需要的“工业味精”。

纳米二氧化硅比较成熟的制备方法主要有两种：干法和湿法。干法，又叫燃烧法，是利用有机硅或无机硅的氯化物进行高温水解来制备纳米二氧化硅。其反应式如下：

SiCl₄+2H₂+O₂→SiO₂+4HCl；

2CH₃SiCl₃+5O₂+2H₂→2SiO₂+6HCl+2CO₂+2H₂O；

湿法，又叫沉淀法，是由可溶性的硅酸盐加酸分解来制备二氧化硅。其反应式如下：

SiO₄^2-+2HCl→SiO₂+H₂O+2Cl^-

干法制备工艺，虽然产品的纯度和性能都比较高，但原料价格比较昂贵，设备要求较高，因此成本比较高；而湿法工艺虽然原料价格比较低廉，但产品的纯度和粒径等都不易控制，致使产品不均一。这些因素都制约着高品质纳米二氧化硅工业化生产。

此外，还有报道直接利用稻壳等富硅生物质资源，直接燃烧来制备纳米二氧化硅，比如：专利CN 449996A“一种从稻壳制备高纯纳米二氧化硅的方法”、CN1318437A“一种稻壳的综合利用方法”等。由于，稻壳等秸秆生物质资源中杂质离子含量比较少，因此，这种的制备工艺比较容易就可以制得高纯的纳米二氧化硅。但是，直接燃烧使得生物质中丰富的纤维资源被浪费，而且在后续的制备工艺过程还需要消耗大量的酸、碱，给环保带来了极大的压力。

发明内容：

本发明的目的是建立一种从秸秆制备纳米二氧化硅的方法，该方法先对秸秆进行汽爆、梳分等预处理，同时进行酶解发酵，最后再利用梳分得到的粉末和酶解发酵的剩余物为原料，经过热解、浸提、沉淀等工艺过程制备高纯纳米二氧化硅，这样既充分利用了秸秆中丰富的纤维素、半纤维素、木质素等生物质资源，又使秸秆中的灰分充分暴露出来，有利于纳米二氧化硅的制备。

本发明的主要步骤如下：

(1)、秸秆发酵剩余物的制备

首先，将一定含水量(10～50％)的秸秆置于汽爆罐中进行预处理，其中汽爆的压力控制在1.0～2.5MPa，维压时间控制在0.5～20min。然后，将汽爆秸秆进行梳理，过100目筛子，得到粉末；或者将汽爆秸秆直接放入发酵罐内进行酶解发酵，发酵结束后便得到秸秆的酶解发酵剩余物。

(2)、水玻璃溶液的制备

将从(1)中所得到的物料，用5～20％的碳酸钠溶液浸泡，或者将一定量的碳酸钠粉末直接均匀地撒在一定含水量(40～70％)的秸秆发酵剩余物上，待物料干燥后将其置于热解炉中，在厌氧的条件下高温热解，得到生物油以及含有水玻璃的热解渣。反应如下：

n(SiO₂·mH₂O)+Na₂CO₃→Na₂O·nSiO₂+n·m H₂O+CO₂↑

其中，热解温度控制在300～800℃，热解时间为60～180分钟。

然后，将热解得到含水玻璃的热解渣加入到热水中，在60～100℃的条件下溶解、搅拌100～180分钟，最后过滤得到液体水玻璃。

(3)、硅溶胶的制备

首先，向过滤得到的水玻璃溶液中添加水溶性的有机聚合物(聚乙烯醇、羧甲基纤维素等)，搅拌混合均匀，聚合物在水玻璃溶液中的浓度控制在0.1～2％。

然后，将混合均匀的水玻璃溶液与一定浓度(5％～20％)的碳酸氢钠(或碳酸氢钾)溶液混合、搅拌、加热，在70～100℃的温度下，反应60～180分钟，反应如下：