多孔二氧化硅及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于无机材料制备领域，具体涉及一种多孔二氧化娃及其制备方法。
【背景技术】
[0002]多孔二氧化硅颗粒作为一种具有核壳结构、粒径可达纳米级的颗粒，包括实心球核部分及多孔壳层部分。因其具有比表面积大，吸附性好，化学活性较强，生物兼容性好等优点而被应用于多个不同领域。这些领域主要包括化学机械抛光，化工催化，药物控制释放，传感器等等。目前，多孔二氧化硅颗粒主要通过表面富含大量的硅羟基，易与含有有机基团的硅烷偶联剂发生缩合反应，通过此方法在颗粒中引入各种不同的有机基团进行改性，可以将其应用范围拓展到更加宽广的领域。作为一种前景广阔的新型纳米颗粒材料，多孔二氧化硅的合成制备成为限制其应用的一大障碍，找到一种价格低廉且又适于大量生产的合成制备方法是当前迫切需要解决的一大问题。
[0003]CN 101913601 B稻壳炭中炭与硅的分离方法的专利中采用磷酸和强碱洗涤实现碳硅的分离。授权号为CN 100391841C的专利用稻壳工业化生产白碳黑的方法也采用了燃烧后碱处理方法，然后由硅酸钠生产二氧化硅。以上方法均采用了植物硅的碱提取工艺，破坏了植物表面的固有的形态，破坏了植物自身的多孔结构和高比表面积的特点。
[0004]授权号CN101146744 B的专利由含硅的植物物质回收有用产物及能量的方法通过氧化剂氧化稻壳有机质，通过螯合剂去除金属离子保持了植物二氧化硅特有的结构。但是需要消耗大量的化学试剂，成本较高，废水污染严重。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术中使用强酸强碱处理植物硅，成本高，污染重的缺点，提供一种多孔二氧化硅及其制备方法。实现了低成本、高效率、环保的生产多孔二氧化硅，不使用烧碱和硫酸，使用少量的低浓度的盐酸，而且废液是优质的钙镁钾肥，没有环境污染。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多孔二氧化硅的制备方法，包括如下步骤:
[0007]I)清水洗净植物器官或者藻类，去除石块和其他杂质；其中所述植物器官或者藻类二氧化硅含量超过干重的I %，所述清水为电导率低于I OOusv/cm的水；
[0008]2)沥干在500摄氏度的灰化炉中通入氧气并不断的翻动；并通过自身的氧化产生热量，维持450-600摄氏度1-4小时得到植物灰；
[0009]3)以稀盐酸洗涤植物灰去除金属杂质；所述盐酸浓度为l-5mol/L，用量为8-40L/kg植物灰
[0010]4)清水洗净即可得到高比表面积的多孔二氧化硅；
[0011]所述步骤I)中的植物器官或者藻类为稻壳、水稻秸杆、玉米秸杆、禾本科作物和牧草的根系、穗、壳；
[0012]所述步骤2)中的灰化炉为共晶点熔盐炉；
[0013]所述共晶点熔盐炉为氯化钾或者氯化镁熔盐炉中的一种；
[0014]所述灰化炉为电弧炉、红外炉、光波炉和燃烧炉等可控温的供热方式；
[0015]—种多孔二氧化硅颗粒，由上述制备方法制得。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0017]—种天然形态的多孔二氧化硅的制备方法，其特点在于不用烧碱和其他强碱提取二氧化硅，不破坏二氧化硅的天然形态，通过通氧气灰化，除掉有机成分，通过控制温度实现高效的氧化，而且不会超过600摄氏度防止在高温氧化物的促熔作用下，多孔二氧化硅的孔隙被堵塞或坍塌。酸洗放到灰化后，可以省去了粉碎、高温消煮、水解等步骤，而且大大节省了盐酸的用量，而且不产生酸度极高的废液，本发明生产的废液为优质的钙镁钾液体肥料。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
[0019]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0020]实施例1:以电导率低于lOOusv/cm的清水洗净稻壳，去除石块和其他杂质;所述稻壳不需要粉碎和其他处理，所述稻壳二氧化硅含量超过干重的1%;然后沥干在500摄氏度的电阻炉中通入氧气并不断的翻动;通过自身的氧化产生热量维持500摄氏度2小时;然后用lmol/L盐酸洗涤去除金属杂质;所述的洗涤盐酸用量为40L/kg稻壳灰，清水洗净即可得到高比表面积的多孔二氧化硅，所述的多孔二氧化硅的比表面积在300-800m2/g之间。
[0021 ]实施例2:清水洗净玉米的根系收割碎片，去除土壤和其他杂质；所述玉米根系碎片不需要粉碎和其他处理，所述清水为电导率低于lOOusv/cm的水，所述的玉米根系含硅量高指二氧化硅含量超过干重的1%;然后沥干在500摄氏度的共晶点熔盐炉中通入氧气并不断的翻动;所述共晶点熔盐炉为氯化钾和氯化镁熔盐炉和其他无机盐共晶点熔炉;通过自身的氧化产生热量，维持600摄氏度4小时;然后用5mol/L盐酸洗涤去除金属杂质;所述的洗涤盐酸用量为8L/kg玉米根系灰;清水洗净即可得到高比表面积的多孔二氧化硅，所述的多孔二氧化硅的比表面积为200-300m2/g之间。
[0022]实施例3:清水洗净硅藻收获物，去除沙子和其他杂质;所述藻类材料不需要粉碎和其他处理，所述清水为电导率低于100usv/cm的水，娃藻所述的含娃量高指二氧化娃含量超过干重的I % ;然后沥干在450摄氏度的光波炉中通入氧气并不断的翻动;通过自身的氧化产生热量，维持450摄氏度I小时；用2mol/L盐酸洗涤去除金属杂质;所述的洗涤盐酸用量为10L/kg植物灰。清水洗净即可得到高比表面积的多孔二氧化硅，所述的多孔二氧化硅的比表面积为I OOmVg。
[0023]通过比表面积和孔隙率分析，发现本发明生产出来的多孔二氧化硅的比表面积在100-1000之间，孔隙率在50nm-100um之间。电镜分析可以发现保留了植物细胞壁外侧特有的形态结构。
[0024]本专利应用于水稻稻壳生产的多孔二氧化硅的产率为7.69%，酸洗的得率为85.56%，最终的高纯度的天然形态的多孔二氧化硅得率为6.58%。
[0025]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种多孔二氧化硅的制备方法，包括如下步骤: 1)清水洗净植物器官或者藻类，去除石块和其他杂质；其中所述植物器官或者藻类二氧化硅含量超过干重的1%，所述清水为电导率低于100usv/cm的水； 2)沥干在500摄氏度的灰化炉中通入氧气并不断的翻动;并通过自身的氧化产生热量，维持450-600摄氏度1-4小时得到植物灰； 3)以稀盐酸洗涤植物灰去除金属杂质；稀盐酸浓度为l-5mol/L，用量为8-40L/kg植物灰； 4)清水洗净即可得到高比表面积的多孔二氧化硅。2.根据权利要求1所述的多孔二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤I)中的植物器官或者藻类为稻壳、水稻秸杆、玉米秸杆、禾本科作物和牧草的根系、穗、壳。3.根据权利要求1所述的多孔二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的灰化炉为共晶点熔盐炉。4.根据权利要求3所述的多孔二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述共晶点熔盐炉为氯化钾或者氯化镁熔盐炉中的一种。5.根据权利要求3所述的多孔二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述灰化炉为电弧炉、红外炉、光波炉和燃烧炉等可控温的供热方式。6.—种权利要求1-5所述制备方法得到的多孔二氧化硅。
【专利摘要】本发明属于无机材料制备领域，具体涉及一种多孔二氧化硅及其制备方法。包括如下步骤：1)清水洗净植物器官或者藻类，去除石块和其他杂质；其中所述植物器官或者藻类二氧化硅含量超过干重的1％，所述清水为电导率低于100usv/cm的水；2)沥干在500摄氏度的灰化炉中通入氧气并不断的翻动；并通过自身的氧化产生热量，维持450-600摄氏度1-4小时得到植物灰；3)以稀盐酸洗涤植物灰去除金属杂质；稀盐酸浓度为1-5mol/L，用量为8-40L/kg植物灰；4)清水洗净即可得到高比表面积的多孔二氧化硅。其特点在于不用烧碱和其他强碱提取二氧化硅，不破坏二氧化硅的天然形态。
【IPC分类】C01B33/12, C05D11/00
【公开号】CN105600794
【申请号】CN201511034761
【发明人】李云, 陈文生, 李涛
【申请人】天津中科云健康装备科技有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月31日