[发明专利]一种以稻壳为原料常压干燥制备二氧化硅气凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工材料制备领域，尤其涉及一种二氧化硅气凝胶的制备方法。

背景技术

稻壳为大宗农业废料，我国每年年产稻谷约2亿吨，其中稻壳质量约占20％。由于稻壳纤维组织覆盖着坚硬的硅酸物，营养价值极低，可消化养分均为负值，且易引起动物肠胃疾病。由于木质素和硅质含量高，因此稻壳不易吸水，直接施放到田间作肥料不易腐烂。这种特性限制了其开发利用。现在，只有极少量稻壳得到了利用，如温州乌苏里江米业有限公司06年建成年发电量500万kW·h的发电厂。大量稻壳在农村或粮米加工厂堆积如山，成了难以处理的废弃物，既污染环境，又容易引起火灾，已成为社会一大公害。

无定形SiO₂是稻壳的主要成分之一，占18.8％-22.3％，在稻壳中呈网状多孔结构。因此，在理论上存在着去除稻壳的有机组分，保存着硅的结构骨架，从而制得高吸附性、高比面积的纳米SiO₂的可能性。早在1986年，我国就有人申请专利CN86107192，通过低温焙烧稻壳生产白炭黑，产品SiO₂含量达98％，比表面积在60-150m²/g。至目前，已有许多专利和文献提出了通过焚烧或碳化稻壳制取纳米SiO₂的方法。

CN1202993C所述方法利用无机酸处理稻壳，再经水洗、干燥、燃烧、粉碎等步骤制得粒径为30-80nm，纯度98.0-99.9％的纳米SiO₂；CN1234605C通过含有氧化性溶质的溶液使稻壳中长链有机化合物裂解，然后加热氧化去除有机化合物，再用水、酸性溶液或其它溶液漂洗剩余SiO₂以除去微量杂质，生产出微细、白色的、高纯度无定形SiO₂；在CN1116128C、CN1039898C等专利中，也分别公开了利用稻壳灰生产无定形多孔SiO₂的方法。相对以往矿石的提取SiO₂而言，用稻壳作原料提取SiO₂生产工艺简单，免除了复杂的除杂工序，生产过程易于控制，成本低，对环境友好，大大提高了稻壳的利用率。

相对于普通的SiO₂粉体而言，SiO₂气凝胶作为一种结构可控的新型低密度、高孔隙率纳米多孔材料，因其连续的网络结构、纳米量级孔洞尺寸和颗粒直径(典型孔洞尺寸为1-100nm，网络结构单元尺寸为1-20nm，孔洞率高达80.0％-99.8％，比表面积高达800-1000m²/g)而具有明显不同于相应宏观玻璃态材料的力学、声学、热学、光学性质，如极低的固态和气态热导率、低折射率，低弹性模量、低声阻抗、强吸附性能等，在航空航天、化工、节能建筑、军事、通讯、电子、冶金等领域有着广泛的应用前景，作为21世纪的新材料引起了广大研究者的浓厚兴趣。

最为常见的SiO₂气凝胶大多以正硅酸甲酯(TMOS)、正硅酸乙酯(TEOS)、多聚硅氧烷(E-40)、聚二乙氧基硅氧烷(PDEOS)等有机硅化物为原料，通过溶胶凝胶技术与超临界干燥或常压干燥技术相结合制得。但有机硅化物价格高，不利于商业化生产。为降低成本，一些研究者将目光转向了稻壳焚烧或碳化后的稻壳灰上。

以稻壳灰为原料制备SiO₂气凝胶的方法，如专利CN1222473C、CN1317188C均采用超临界干燥技术，需要采用高压容器，并对干燥时的温度和压力进行严格控制，仍存在能耗大、操作流程复杂、干燥周期长、运行成本高、安全性能差等问题，不适合于大批量生产。