[发明专利]农作物废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法

说明书

本发明涉及农业科学技术领域，具体地涉及一种农作物废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法。农作物废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法，包括如下步骤：（1）制备秸秆基水玻璃；（2）制备秸秆基醇凝胶；（3）制备秸秆基二氧化硅气凝胶。本发明提取稻秸秆材料中的二氧化硅，并用其制备新型材料，既可以变废为宝，减少环境污染，提高农作物秸秆的附加值，又有利于农业学科与其他学科的交叉。稻秸秆中提取得到的二氧化硅可以制备得到性能优异的生物质基二氧化硅气凝胶。

技术领域

本发明涉及农业科学技术领域，具体地涉及一种农作物废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法。

背景技术

天然生物质资源在蓄积量和生产量上是一切生物质资源中最巨大、最恒久的，千万年来一直是维持人类生存和发展的主要物质基础之一。我国农业剩余物（秸秆）的产量已达到７亿t/年，工业利用率仅为1%左右，大量的秸秆在农田里焚烧，火光和浓烟严重污染环境，甚至对民用航空安全也造成影响。由此可见，农业剩余物亟待进行科学经营和高效利用。目前已有不少研究者试图从秸秆中提取二氧化硅，并对其加以利用，既有利于农作物秸秆的合理利用，赋予其更高的价值，同时也符合可持续发展战略，满足不同的生产需要。

二氧化硅气凝胶是一种由纳米量级颗粒相互聚合形成的连续三维网络结构，孔隙中充满空气介质的高分散轻质多孔非晶态材料，其具有高比表面积、高孔隙率、高热绝缘性、低密度等优异性能，且性能可随着对结构的控制而具有连续可调性，因此在热绝缘、催化、节能环保、石油化工、药物释放、航空航天等领域具有广阔的应用前景，同时作为隔热保温材料、催化剂及载体及声阻抗耦合材料等材料已经得到广泛应用。二氧化硅气凝胶一般通过溶胶－凝胶法制备，硅源在催化剂下进行水解，水解产物上的羟基进行缩合反应形成溶胶，构成溶胶的初级粒子及次级粒子，进一步以链状的结构组成粒子团簇，形成湿凝胶，最后通过超临界、常压或冷冻干燥方法将湿凝胶转换为气凝胶。

发明内容

本发明旨在针对上述问题，提出一种农作物废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法。

本发明的技术方案在于：

农作物废弃物制备二氧化硅气凝胶的方法，包括如下步骤：

（1）制备秸秆基水玻璃；

将稻秸秆经马弗炉550~600℃燃烧，称取8~10g秸秆灰，用硫酸对其进行酸洗，再将秸秆灰和NaOH溶液混合并加热2.5~3h，经真空抽滤得到秸秆基水玻璃；

（2）制备秸秆基醇凝胶；

在秸秆基水玻璃中加入去离子水搅拌至全部溶解；再向秸秆基水玻璃溶液中加入硫酸，调节ｐＨ值至1~2，然后逐滴缓慢滴加NaOH溶液至ｐＨ值为7~9，滴加NaOH溶液时不断搅拌，静置使其成为水凝胶，再陈化静置水凝胶24h，并用无水乙醇浸泡72h，每隔24h更换1次无水乙醇得到秸秆基醇凝胶；

（3）制备秸秆基二氧化硅气凝胶；

将秸秆基醇凝胶放入真空冷冻干燥机中在真空度为10~20Pa的条件下干燥24h，得到秸秆基二氧化硅气凝胶。

所述的（1）制备秸秆基水玻璃的过程中，NaOH溶液的浓度为5~8%。

所述的（2）制备秸秆基醇凝胶的过程中，NaOH溶液的浓度为8~10%。

所述的（1）制备秸秆基水玻璃的过程中，秸秆灰与NaOH溶液的固液比为1g：5mL。

所述的（2）制备秸秆基醇凝胶的过程中，秸秆基水玻璃与去离子水的体积比为1：7~1：13。

所述的（2）制备秸秆基醇凝胶的过程中，秸秆基水玻璃与去离子水的体积比为1：7，1：10，1：13。

所述的（2）制备秸秆基醇凝胶的过程中，硫酸的浓度为8~10%。

本发明的技术效果在于：