本發(fā)明涉及一種納米二氧化硅的制備方法，屬于納米材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：納米二氧化硅由于其粒徑小，比表面積大，表面吸附能力強(qiáng)，表面能大，化學(xué)純度高，分散性能好，在熱阻及電阻方面具有特異的功能，以及其優(yōu)越的穩(wěn)定性，補(bǔ)強(qiáng)性，增稠性和觸變形，因此廣泛應(yīng)用于橡膠，塑料，陶瓷，化學(xué)催化等領(lǐng)域。目前，納米材料的制備主要有物理方法和化學(xué)方法，物理方法有真空冷凝法、物理粉碎法和機(jī)械球磨法等，化學(xué)方法有氣相沉積法、沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法、水熱合成法等。并且納米二氧化硅的制備方法有干法和濕法兩種，干法包括氣相法和電弧法，濕法分沉淀法和凝膠法。氣相法多以四氯化硅為原料，采用四氯化硅氣體在氫氧氣流高溫下水解制得煙霧狀的二氧化硅。該法優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品純度高、分散度高、粒子細(xì)而形成球形，表面羥基少，因而具有優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)性能，但能耗高，技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備要求高，這些限制了產(chǎn)品使用。沉淀法是硅酸鹽通過(guò)酸化獲得疏松、細(xì)分散的、以絮狀結(jié)構(gòu)沉淀出來(lái)的sio2晶體。該法原料易得，生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，能耗低，投資少，但是產(chǎn)品質(zhì)量不如采用氣相法和凝膠法的產(chǎn)品好并且生成的二氧化硅粒徑不均一，容易發(fā)生團(tuán)聚，影響應(yīng)用前景。凝膠法是加入酸使堿度降低從而誘發(fā)硅酸根的聚合反應(yīng)，使體系中以膠態(tài)粒子形式存在的高聚態(tài)硅酸根離子粒徑不斷增大，形成具有乳光特征的硅溶膠。該法原料與沉淀法相同，只是不直接生成沉淀，而是形成凝膠，然后干燥脫水，產(chǎn)品特性類似于干法產(chǎn)品，但工藝較沉淀法復(fù)雜。傳統(tǒng)模板法制備納米二氧化硅微球工藝復(fù)雜，所得中空微球殼層結(jié)構(gòu)較疏松，易于破碎，且工藝過(guò)程中對(duì)條件控制比較苛刻，所得中空微球形貌難以控制。因此發(fā)明一種成本低廉，能耗低、工藝簡(jiǎn)單并且粒徑均一的納米二氧化硅對(duì)二氧化硅制備
技術(shù)領(lǐng)域：
具有積極的意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對(duì)目前常見的二氧化硅制備方法中，大多存在能耗高、制備工藝復(fù)雜，并且制得的二氧化硅粒徑不均一，容易發(fā)生團(tuán)聚從而影響二氧化硅使用前景的問題，提供了一種納米二氧化硅的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：（1）稱取2～3kg棉花秸稈用石磙反復(fù)碾壓20～30min，抽取石磙碾壓后的棉花秸稈纖維絲，將抽取的棉花秸稈纖維絲依次用氫氧化鈉溶液、鹽酸和水分別沖洗10～15min；（2）將上述沖洗后的棉花秸稈纖維絲和枯草芽孢桿菌菌懸液混合，裝入發(fā)酵罐中并密封發(fā)酵，待發(fā)酵完成后，取出發(fā)酵產(chǎn)物過(guò)濾，分離得到發(fā)酵濾渣，先將發(fā)酵濾渣烘干，再將烘干后的發(fā)酵濾渣粉碎并過(guò)200目篩，將過(guò)篩粉末放入炭化爐中保溫炭化，得到炭化纖維粉；（3）將上述得到的炭化纖維粉和多巴胺溶液混合后超聲振蕩浸漬，待浸漬結(jié)束后過(guò)濾分離得到濾渣，自然晾干即得改性模板；（4）向底部帶有曝氣裝置的不銹鋼反應(yīng)釜中加入3～5l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硅酸鈉溶液和20～30g上述改性模板，啟動(dòng)攪拌器以400～500r/min轉(zhuǎn)速攪拌分散15～20min，待分散完成后，啟動(dòng)反應(yīng)釜底部的曝氣裝置向反應(yīng)釜中進(jìn)行曝氣反應(yīng)；（5）待上述曝氣反應(yīng)結(jié)束后，停止曝氣并密封反應(yīng)釜，升高反應(yīng)釜溫度至60～70℃，保溫陳化3～5h，待陳化結(jié)束后過(guò)濾分離得到濾餅，再將濾餅烘干，得到干燥料；（6）將上述得到的干燥料移入馬弗爐中，保溫?zé)Y(jié)并隨爐冷卻至室溫，出料即得納米二氧化硅。所述的氫氧化鈉溶液的濃度為0.5mol/l，鹽酸的濃度為0.5mol/l。所述的沖洗后的棉花秸稈纖維絲和枯草芽孢桿菌菌懸液的質(zhì)量比為10:1，枯草芽孢桿菌菌懸液的濃度為105cfu/ml，發(fā)酵溫度為30～40℃，發(fā)酵時(shí)間為1～2天，保溫炭化溫度為300～400℃，保溫炭化時(shí)間為1～2h。所述的炭化纖維粉和多巴胺溶液的質(zhì)量比為1:10，多巴胺溶液的質(zhì)量濃度為3g/l，超聲振蕩的頻率為30～40khz，超聲振蕩的時(shí)間為3～5h。所述的曝氣反應(yīng)曝氣量為400～500ml/min，曝氣反應(yīng)時(shí)間為5～7h，曝入的氣體為二氧化碳。所述的保溫?zé)Y(jié)條件為：先以5℃/min的速率程序升溫至300～400℃預(yù)燒結(jié)30～40min，再以10℃/min速率程序升溫至900～1000℃，保溫?zé)Y(jié)2～4h。本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：（1）本發(fā)明首先利用酸堿和微生物對(duì)棉花秸稈纖維絲進(jìn)行表面改性，通過(guò)微生物和化學(xué)作用使纖維絲表面實(shí)現(xiàn)微降解，形成高比表面積的多孔結(jié)構(gòu)，再將其炭化進(jìn)一步提高纖維的吸附性，隨后利用多巴胺在水中溶解氧的作用下發(fā)生自聚交聯(lián)反應(yīng)的原理，在炭化纖維粉表面形成聚多巴胺膜層，制成改性模板，再將改性模板投入硅酸鈉溶液中，利用多巴胺的初期螯合性吸附硅酸鈉，再向混合液中通入二氧化碳，二氧化碳和水以及硅酸鈉反應(yīng)生成凝膠狀硅酸均勻的附著在模板表面，再在高溫下使硅酸脫水，生成二氧化硅沉積在模板表面，通過(guò)模板表面的空間位阻防止二氧化硅晶核繼續(xù)變大，所得二氧化硅粒徑均一，并且避免了二氧化硅的團(tuán)聚，最后煅燒去除模板，即可得到納米二氧化硅；（2）本發(fā)明的納米二氧化硅制備成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單，具有廣闊的應(yīng)用前景。具體實(shí)施方式首先稱取2～3kg棉花秸稈平鋪在地面，用石磙反復(fù)碾壓20～30min，人工抽取石磙碾壓后的松散棉花秸稈纖維絲，將抽取的棉花秸稈纖維絲依次用濃度為0.5mol/l氫氧化鈉溶液、濃度為0.5mol/l鹽酸和水分別沖洗10～15min；將沖洗后的棉花秸稈纖維絲和濃度為105cfu/ml的枯草芽孢桿菌菌懸液按質(zhì)量比為10:1混合，裝入發(fā)酵罐中并密封罐口，將發(fā)酵罐移入30～40℃的溫室中保溫發(fā)酵1～2天；待發(fā)酵完成后，取出發(fā)酵產(chǎn)物過(guò)濾，分離得到發(fā)酵濾渣，先將發(fā)酵濾渣放入烘箱，在105～110℃下干燥1～2h，再將干燥后的發(fā)酵濾渣粉碎并過(guò)200目篩，將過(guò)篩粉末放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10℃/min速率程序升溫至300～400℃，保溫炭化1～2h，得到炭化纖維粉；將得到的炭化纖維粉和質(zhì)量濃度為3g/l多巴胺溶液按質(zhì)量比為1:10混合后放入超聲振蕩儀中，在30～40khz的頻率下超聲振蕩浸漬3～5h，待浸漬結(jié)束后過(guò)濾分離得到濾渣，自然晾干即得改性模板；向底部帶有曝氣裝置的不銹鋼反應(yīng)釜中加入3～5l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硅酸鈉溶液和20～30g改性模板，啟動(dòng)攪拌器以400～500r/min轉(zhuǎn)速攪拌分散15～20min，待分散完成后，啟動(dòng)反應(yīng)釜底部的曝氣裝置向反應(yīng)釜中通入二氧化碳，控制曝氣量為400～500ml/min，曝氣反應(yīng)5～7h；待曝氣反應(yīng)結(jié)束后，停止曝氣并密封反應(yīng)釜，升高反應(yīng)釜溫度至60～70℃，保溫陳化3～5h，待陳化結(jié)束后過(guò)濾分離得到濾餅，再將濾餅移入烘箱，在105～110℃下干燥1～2h，得到干燥料；將得到的干燥料移入馬弗爐中，先以5℃/min的速率程序升溫至300～400℃預(yù)燒結(jié)30～40min，再以10℃/min速率程序升溫至900～1000℃，保溫?zé)Y(jié)2～4h后，隨爐冷卻至室溫，出料即得納米二氧化硅。實(shí)例1首先稱取3kg棉花秸稈平鋪在地面，用石磙反復(fù)碾壓30min，人工抽取石磙碾壓后的松散棉花秸稈纖維絲，將抽取的棉花秸稈纖維絲依次用濃度為0.5mol/l氫氧化鈉溶液、濃度為0.5mol/l鹽酸和水分別沖洗15min；將沖洗后的棉花秸稈纖維絲和濃度為105cfu/ml的枯草芽孢桿菌菌懸液按質(zhì)量比為10:1混合，裝入發(fā)酵罐中并密封罐口，將發(fā)酵罐移入40℃的溫室中保溫發(fā)酵2天；待發(fā)酵完成后，取出發(fā)酵產(chǎn)物過(guò)濾，分離得到發(fā)酵濾渣，先將發(fā)酵濾渣放入烘箱，在110℃下干燥2h，再將干燥后的發(fā)酵濾渣粉碎并過(guò)200目篩，將過(guò)篩粉末放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10℃/min速率程序升溫至400℃，保溫炭化2h，得到炭化纖維粉；將得到的炭化纖維粉和質(zhì)量濃度為3g/l多巴胺溶液按質(zhì)量比為1:10混合后放入超聲振蕩儀中，在40khz的頻率下超聲振蕩浸漬5h，待浸漬結(jié)束后過(guò)濾分離得到濾渣，自然晾干即得改性模板；向底部帶有曝氣裝置的不銹鋼反應(yīng)釜中加入5l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硅酸鈉溶液和30g改性模板，啟動(dòng)攪拌器以500r/min轉(zhuǎn)速攪拌分散20min，待分散完成后，啟動(dòng)反應(yīng)釜底部的曝氣裝置向反應(yīng)釜中通入二氧化碳，控制曝氣量為500ml/min，曝氣反應(yīng)7h；待曝氣反應(yīng)結(jié)束后，停止曝氣并密封反應(yīng)釜，升高反應(yīng)釜溫度至70℃，保溫陳化5h，待陳化結(jié)束后過(guò)濾分離得到濾餅，再將濾餅移入烘箱，在110℃下干燥2h，得到干燥料；將得到的干燥料移入馬弗爐中，先以5℃/min的速率程序升溫至400℃預(yù)燒結(jié)40min，再以10℃/min速率程序升溫至1000℃，保溫?zé)Y(jié)4h后，隨爐冷卻至室溫，出料即得納米二氧化硅。實(shí)例2首先稱取2kg棉花秸稈平鋪在地面，用石磙反復(fù)碾壓20min，人工抽取石磙碾壓后的松散棉花秸稈纖維絲，將抽取的棉花秸稈纖維絲依次用濃度為0.5mol/l氫氧化鈉溶液、濃度為0.5mol/l鹽酸和水分別沖洗10min；將沖洗后的棉花秸稈纖維絲和濃度為105cfu/ml的枯草芽孢桿菌菌懸液按質(zhì)量比為10:1混合，裝入發(fā)酵罐中并密封罐口，將發(fā)酵罐移入30℃的溫室中保溫發(fā)酵1天；待發(fā)酵完成后，取出發(fā)酵產(chǎn)物過(guò)濾，分離得到發(fā)酵濾渣，先將發(fā)酵濾渣放入烘箱，在105℃下干燥1h，再將干燥后的發(fā)酵濾渣粉碎并過(guò)200目篩，將過(guò)篩粉末放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10℃/min速率程序升溫至300℃，保溫炭化1h，得到炭化纖維粉；將得到的炭化纖維粉和質(zhì)量濃度為3g/l多巴胺溶液按質(zhì)量比為1:10混合后放入超聲振蕩儀中，在30khz的頻率下超聲振蕩浸漬3h，待浸漬結(jié)束后過(guò)濾分離得到濾渣，自然晾干即得改性模板；向底部帶有曝氣裝置的不銹鋼反應(yīng)釜中加入3l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硅酸鈉溶液和20g改性模板，啟動(dòng)攪拌器以400r/min轉(zhuǎn)速攪拌分散15min，待分散完成后，啟動(dòng)反應(yīng)釜底部的曝氣裝置向反應(yīng)釜中通入二氧化碳，控制曝氣量為400ml/min，曝氣反應(yīng)5h；待曝氣反應(yīng)結(jié)束后，停止曝氣并密封反應(yīng)釜，升高反應(yīng)釜溫度至60℃，保溫陳化3h，待陳化結(jié)束后過(guò)濾分離得到濾餅，再將濾餅移入烘箱，在105℃下干燥1h，得到干燥料；將得到的干燥料移入馬弗爐中，先以5℃/min的速率程序升溫至300℃預(yù)燒結(jié)30min，再以10℃/min速率程序升溫至900℃，保溫?zé)Y(jié)4h后，隨爐冷卻至室溫，出料即得納米二氧化硅。實(shí)例3首先稱取2kg棉花秸稈平鋪在地面，用石磙反復(fù)碾壓25min，人工抽取石磙碾壓后的棉花秸稈纖維絲，將抽取的棉花秸稈纖維絲依次用濃度為0.5mol/l氫氧化鈉溶液、濃度為0.5mol/l鹽酸和水分別沖洗12min；將沖洗后的棉花秸稈纖維絲和濃度為105cfu/ml的枯草芽孢桿菌菌懸液按質(zhì)量比為10:1混合，裝入發(fā)酵罐中并密封罐口，將發(fā)酵罐移入35℃的溫室中保溫發(fā)酵1天；待發(fā)酵完成后，取出發(fā)酵產(chǎn)物過(guò)濾，分離得到發(fā)酵濾渣，先將發(fā)酵濾渣放入烘箱，在107℃下干燥1h，再將干燥后的發(fā)酵濾渣粉碎并過(guò)200目篩，將過(guò)篩粉末放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以10℃/min速率程序升溫至350℃，保溫炭化1h，得到炭化纖維粉；將得到的炭化纖維粉和質(zhì)量濃度為3g/l多巴胺溶液按質(zhì)量比為1:10混合后放入超聲振蕩儀中，在35khz的頻率下超聲振蕩浸漬4h，待浸漬結(jié)束后過(guò)濾分離得到濾渣，自然晾干即得改性模板；向底部帶有曝氣裝置的不銹鋼反應(yīng)釜中加入4l質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%硅酸鈉溶液和25g改性模板，啟動(dòng)攪拌器以450r/min轉(zhuǎn)速攪拌分散170min，待分散完成后，啟動(dòng)反應(yīng)釜底部的曝氣裝置向反應(yīng)釜中通入二氧化碳，控制曝氣量為450ml/min，曝氣反應(yīng)6h；待曝氣反應(yīng)結(jié)束后，停止曝氣并密封反應(yīng)釜，升高反應(yīng)釜溫度至65℃，保溫陳化4h，待陳化結(jié)束后過(guò)濾分離得到濾餅，再將濾餅移入烘箱，在107℃下干燥1h，得到干燥料；將得到的干燥料移入馬弗爐中，先以5℃/min的速率程序升溫至350℃預(yù)燒結(jié)35min，再以10℃/min速率程序升溫至950℃，保溫?zé)Y(jié)3h后，隨爐冷卻至室溫，出料即得納米二氧化硅。對(duì)照例：以稻殼灰為主要原料，經(jīng)溶膠-凝膠法制備得到納米二氧化硅。將實(shí)例1至實(shí)例3及對(duì)照例得到的納米二氧化硅進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如下：檢測(cè)項(xiàng)目對(duì)照例實(shí)例1實(shí)例2實(shí)例3粒徑（μm）50253027孔隙率（%）85878988空隙大小（nm）5.87.88.98.6比表面積（m2/g）315320326330上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12