本發(fā)明屬于生物質(zhì)利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種由稻殼灰制備二氧化硅的方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)是世界上最大的稻谷生產(chǎn)國(guó)，每年稻谷的產(chǎn)量約占全球的三分之一，而稻殼作為稻谷加工的主要副產(chǎn)物，約占稻谷重量的20%-30%是廉價(jià)易收集的可再生資源。目前稻殼一般用于燃燒產(chǎn)熱或氣化發(fā)電；稻殼經(jīng)過(guò)無(wú)氧燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的稻殼灰，目前主要用于鋼水的保溫，附加值較低。由于稻殼灰中主要含有碳和二氧化硅，人們開(kāi)發(fā)了稻殼灰用堿液浸出，得到水玻璃和碳 ，碳經(jīng)水洗和活化得到活性炭粉，水玻璃與硫酸反應(yīng)沉淀物經(jīng)過(guò)濾、干燥得到白炭黑的工藝（文獻(xiàn)：甘露等．稻殼聯(lián)產(chǎn)納米白炭黑與活性炭的研究，糧食與飼料工業(yè)2007（11），7-12，）。所得的白炭黑產(chǎn)品只適用作橡膠填料。還用許多用稻殼灰制備碳材料的報(bào)道（中國(guó)專(zhuān)利：苛化煮解稻殼灰制備的高活性炭及其制備方法），但沒(méi)有考慮二氧化硅的利用問(wèn)題。球形納米二氧化硅粒子是一種具備粒徑小，純度高，比表面積大，導(dǎo)熱系數(shù)低，化學(xué)性能穩(wěn)定的材料，通常粒徑在20-200nm，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于大規(guī)模集成電路封裝。
目前用稻殼灰制備具球形納米二氧化硅粒子尚未見(jiàn)報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)目前領(lǐng)域技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種由稻殼灰制備球形二氧化硅的方法，將稻殼灰與碳酸鈉溶液加熱反應(yīng)得到硅酸鈉和碳，所得的硅酸鈉溶液與具有酸性和表面活性的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)PAMPS)混合加熱反應(yīng)，得到球形二氧化硅，可用作微電子封裝材料；副產(chǎn)的碳粉經(jīng)活化處理后制成活性炭。
本發(fā)明提供的一種由稻殼灰制備球形二氧化硅的方法的步驟和條件如下：
1） 將稻殼灰與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15-25%的碳酸鈉溶液以質(zhì)量比1:5-15 進(jìn)行混合，在60-95℃下反應(yīng)2.5-4.5h ，經(jīng)過(guò)濾，得到硅酸鈉溶液和碳粉；所述的稻殼灰為稻殼無(wú)氧燃燒的剩余物，含有二氧化硅和碳；優(yōu)選稻殼灰的粒徑為0.2-0.42mm。
2）將PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步驟1）得到的硅酸鈉溶液中，將混合液PH調(diào)為5-7，在30-45℃下反應(yīng)2-4h，生成的白色沉淀，過(guò)濾，固態(tài)物在600-800℃下焙燒2.5-4.5h，得到二氧化硅粉末；得到二氧化硅粉末的球形率大于95%，平均粒徑為60-100nm。
3）將步驟1）得到的碳粉與KOH以質(zhì)量比1：2混合均勻，加入馬弗爐中，在700-850℃下絕氧反應(yīng)3-4h，將產(chǎn)物用超聲清洗3-4h，然后，在100-150℃下恒溫干燥3-8h，得到活性炭。
有益效果：本發(fā)明提供了一種由稻殼灰制備球形二氧化硅的方法，將稻殼灰與碳酸鈉溶液加熱反應(yīng)得到硅酸鈉和碳，所得的硅酸鈉溶液與具有酸性和表面活性的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)PAMPS)混合加熱反應(yīng)，得到球形二氧化硅，可用作微電子封裝材料；副產(chǎn)的碳粉經(jīng)活化處理后制成活性炭。
本方法具有以下顯著特點(diǎn)，1采用雙功能助劑，避免了無(wú)機(jī)酸沉淀劑的使用， 操作簡(jiǎn)單，步驟較少， 過(guò)程更環(huán)保。2. 二氧化硅球化率高，顆粒粒徑較小，產(chǎn)品質(zhì)量符合微電子塑封用產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn);3、產(chǎn)品的附加值高，副產(chǎn)活性炭可作為吸附材料使用。
具體實(shí)施方式
在下面的實(shí)例中，有關(guān)參數(shù)的測(cè)定方法如下：
二氧化硅的形狀及顆粒尺寸：用掃描電鏡觀察二氧化硅形貌，并用采用抽樣法測(cè)量顆粒的平均粒徑。
二氧化硅的球形率: 用球化率檢測(cè)儀測(cè)量產(chǎn)品球化率 。
二氧化硅的產(chǎn)率= 反應(yīng)得到二氧化硅的質(zhì)量/原料中含有二氧化硅的質(zhì)量x100%
二氧化硅的全部質(zhì)量指標(biāo)按照電子封裝用球形二氧化硅的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（SJ/T10675-2002）進(jìn)行檢測(cè)。
實(shí)施例1 1）將13g粒徑為0.2-0.42mm的稻殼灰與195g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的碳酸鈉溶液以質(zhì)量比1:15進(jìn)行混合，在95℃下反應(yīng)2.5h ，經(jīng)過(guò)濾，得硅酸鈉溶液及碳粉；所述的稻殼灰為稻殼無(wú)氧燃燒的剩余物。
2）將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步驟1）得到的硅酸鈉溶液中，將該溶液的PH調(diào)至5，在40℃下反應(yīng)2h，生成的白色沉淀，過(guò)濾，固態(tài)物在600℃下焙燒3h，得到二氧化硅粉末4.25g，產(chǎn)率93.41%，球形率為95%，平均粒徑100nm。
3）將步驟1）得到的碳粉與KOH以質(zhì)量比1：2的比例混合均勻，加入馬弗爐中，在700℃下絕氧反應(yīng)3h，將產(chǎn)物用超聲清洗3h，然后，在100℃下恒溫干燥8h得7.81g， 比表面積為843.2m2/g的活性炭，活性炭產(chǎn)率92.4%。
實(shí)施例2 1）將13g粒徑為0.2-0.42mm的稻殼灰與65g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的碳酸鈉溶液以質(zhì)量比1: 5進(jìn)行混合，在60℃下反應(yīng)3h ，經(jīng)過(guò)濾，得硅酸鈉溶液及碳粉；所述的稻殼灰為稻殼無(wú)氧燃燒的剩余物。
2）將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步驟1）得到的硅酸鈉溶液中，將該溶液的PH調(diào)至5，在40℃下反應(yīng)3h，生成的白色沉淀，過(guò)濾，固態(tài)物在650℃下焙燒3h，得到二氧化硅粉末4.48g，產(chǎn)率98.5%，球形率為96.0%，平均粒徑為90nm。
3）將步驟1）得到的碳粉與KOH以質(zhì)量比1：2的比例混合均勻，加入馬弗爐中，在750℃下絕氧反應(yīng)4h，將產(chǎn)物用超聲清洗3.5h，然后，在120℃下恒溫干燥3h得質(zhì)量7.77g活性炭，活性炭比表面積為852m2/g的活性炭?；钚蕴慨a(chǎn)率為92.00%。
實(shí)施例3 1） 將13g粒徑為0.2-0.42mm的稻殼灰與195g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的碳酸鈉溶液以質(zhì)量比1:15進(jìn)行混合，在95℃下反應(yīng)2.5h ，過(guò)濾得硅酸鈉溶液及碳粉；
2）將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步驟1）得到的硅酸鈉溶液中，將該溶液的PH調(diào)至5，在45℃下反應(yīng)3h，生成的白色沉淀，過(guò)濾，固態(tài)物在700℃下焙燒3.5h，得到二氧化硅粉末為4.45g，產(chǎn)率97.8%，球形率為95.2%，平均粒徑為95nm。
3）將步驟1）得到的碳粉與KOH以質(zhì)量比1：2的比例混合均勻加入馬弗爐中在850℃下絕氧反應(yīng)4h，將產(chǎn)物用超聲清洗4h，然后，在150℃下恒溫干燥8h，得到活性炭7.85g，活性炭比表面積為851m2/g的活性炭，活性炭產(chǎn)率為93.1%。
實(shí)施例4 1） 將13g粒徑為0.2-0.42mm的稻殼灰與156g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的碳酸鈉溶液以質(zhì)量比1:12進(jìn)行混合，在95℃下反應(yīng)3h ，過(guò)濾得硅酸鈉溶液及碳粉；所述的稻殼灰為稻殼無(wú)氧燃燒的剩余物。
2）將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步驟1）得到的硅酸鈉溶液中，將該溶液的PH調(diào)至5，在30℃下反應(yīng)2.5h，生成白色沉淀，過(guò)濾，固態(tài)物在750℃下焙燒2.5h，得到二氧化硅粉末4.51g，產(chǎn)率99.1%，球形率為96.8%，平均粒徑為75nm。
3）將步驟1）得到的碳粉與KOH以質(zhì)量比1：2的比例混合均勻加入馬弗爐中在800℃下絕氧反應(yīng)3h，將產(chǎn)物用超聲清洗3h，然后，在150℃下恒溫干燥8h，得活性炭7.82g，活性炭的比表面積為839.2m2/g，活性炭產(chǎn)率為92.5%。
實(shí)施例5 1） 將13g粒徑為0.2-0.42mm的稻殼灰與156g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的碳酸鈉溶液以質(zhì)量比1:12進(jìn)行混合，在95℃下反應(yīng)4.5h ，過(guò)濾得硅酸鈉溶液及碳粉；所述的稻殼灰為稻殼無(wú)氧燃燒的剩余物。
2）將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步驟1）得到的硅酸鈉溶液中，將溶液的PH調(diào)至7，在45℃下反應(yīng)4h，生成的白色沉淀，過(guò)濾，在800℃下焙燒4.5h，得到二氧化硅粉末4.28g。二氧化硅粉末產(chǎn)率94.7%，球形率為95.7%，平均粒徑為60nm。
3）將步驟1）得到的碳粉與KOH以質(zhì)量比1：2的比例混合均勻加入馬弗爐中在850℃下絕氧反應(yīng)4h，將產(chǎn)物用超聲清洗4h，然后，在120℃下恒溫干燥3h，得7.87g的活性炭，活性炭比表面積為850.7m2/g?；钚蕴慨a(chǎn)率為93.1%。
上述實(shí)例中的5個(gè)二氧化硅樣品的全部質(zhì)量指標(biāo)，按照電子封裝用球形二氧化硅的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（SJ/T10675-2002）進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如下：SiO2含量均大于99.70%，含水量均小于0.08%，F(xiàn)e2O3含量均小于0.01% ，Al2O3含量均小于0.1%，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。