[发明专利]一种直接利用稻壳制备高分散二氧化硅微球的方法

说明书

技术领域：

本发明属于化工领域，具体涉及一种直接利用稻壳制备高分散SiO₂微球的方法。

背景技术：

二氧化硅微球为无定型白色粉末，无毒、无味、无污染，表面存在大量羟基和吸附水，具有粒径小、纯度高、比表面积大、分散性能好等特点，并凭借其优越的稳定性、补强性、触变性和优良的光学及机械性能，广泛应用于生物医药、电子、催化剂载体及生物材料、工程材料等领域。

尤其单分散球形SiO₂，其粒子分散性好、尺寸可控，且其表面的硅羟基适合作为改性的桥梁使其功能化，从而可用作无孔高效快速色谱填料、单分散流变液、半导体硅片抛光材料、胶体晶体及光学效应研究。随着高新材料的开发和应用，方便、经济地制备高纯、超细、单分散球形SiO₂有着很大的应用价值。

目前制备二氧化硅微球的主要方法可以分为干法和湿法两类，湿法包括溶胶-凝胶法、模板法、沉淀法、超重力反应法、微乳液法和水热合成法等；干法有气相法和电弧法等。但上述方法都是采用硅酸酯或硅酸钠为硅源，所以都存在着成本高的问题，无法规模化生产。利用稻壳灰制取水玻璃溶液从而制备二氧化硅微球是另一个比较传统的方法。但制备稻壳灰需要消耗很多能源，不利于节能减排。

而采用此方法可以克服以上问题，不仅解决了成本高的问题，而且更加节约能源，对环境更加友好，对稻壳的利用率更高。

我国是世界上最大的水稻种植国家，据国家粮油信息中心的统计，2008年我国稻谷产量为19300×10⁴t，稻壳通常占稻谷的20％，照此计算，产生稻壳为3860×10⁴t，稻壳资源十分丰富，但我国稻壳利用率较低，许多地方将其作为废弃物烧掉或闲置在农田，这不但造成极大的资源浪费和经济损失，而且还对环境造成极大的污染。因此，研究解决稻壳的合理利用，变废为宝，意义重大。

发明内容

本发明的目的是直接利用稻壳来制备二氧化硅微球，通过用浓碱热处理的方法提取稻壳中的无定形SiO₂，在室温下加入稀释液稀释滤液并调节滤液的pH，加入PEG或PMHS来合成SiO₂微球。此方法利用农产品废弃物稻壳为原料，简单可控，条件温和，适合规模化生产。

本发明的具体方案如下：

将稻壳粉末与浓碱溶液混合，加热至70～100℃，反应2～5小时，过滤，滤液为硅酸盐溶液，将滤液放置至室温，向滤液中加入稀释液进行稀释，再加入酸调节溶液pH为9，并加入聚乙二醇或聚甲基含氢硅氧烷，继续加酸调节pH＝3～5，通过离心、干燥、煅烧即可得到此微球材料。其中所述的浓碱溶液为1mol/L～4mol/L的氢氧化钠溶液；所述的稻壳的质量与浓碱溶液体积比为1∶5～12，g/ml；所述的稻壳与聚乙二醇的质量比为20～50∶1；所述的稻壳与聚甲基含氢硅氧烷的质量比为40∶1；所述的滤液与稀释液的体积比为1∶1。

所述的酸为硫酸、盐酸、磷酸中的一种；

所述的聚乙二醇分子量为2000、6000、10000、20000中的一种；

所述的稀释液为水、乙醇、乙醇与水的混合液中的一种。其中，混合液中乙醇与水的体积比为1∶1；

本发明所述的其它溶液均采用常规的方法配制而成。

本发明具有以下有益效果：

1、采用农产品废弃物稻壳做原料取代硅酸酯等化学品，变废为宝，不仅经济，而且更加环保，适合规模化生产；

2、反应过程简单、温和、可控，克服了采用稻壳灰做硅源制备此材料时需要消耗大量能源的弊端，更加符合节能减排的要求；

3、滤渣经过一定的处理可以制备其他功能材料，稻壳的利用率更高；

4、可以通过调节聚乙二醇的分子量以及其与稻壳的质量比，聚甲基含氢硅氧烷的用量，稀释液与滤液的体积比，pH等手段调节微球的分散性及微球粒径大小。

附图说明

图1、通过实施例1得到的SiO₂微球的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

实施例1

①向三口烧瓶中加入稻壳粉末与4mol/L氢氧化钠溶液并使m_稻壳/v_氢氧化钠为1/5，调节反应温度为70℃，反应2h；

②向滤液中加入水，并使水与滤液的体积比为1∶1；

③向稀释过的滤液中滴加1mol/L硫酸，调节其pH为9，并加入分子量为2000的PEG，控制稻壳与它的质量比为50∶1；