稻壳裂解制备sio2气凝胶的研究

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1、稻壳裂解制备SiO2气凝胶的研究稻壳裂解制备SiO2气凝胶的研究稻壳裂解制备SiO2气凝胶的研究第18卷第2期2003年3月无机材料学报JournalofInorganicMaterialsVo1.18,No.2Mar.,2003文章编号:1000—324X(2003)02—0407-06稻壳裂解制备Si02气凝胶的研究侯贵华(盐城工学院理化测试中心,盐城224003)摘要:稻壳在稀盐酸中沸煮,干燥后,于540.C裂解,制得了一种Si02气凝胶.ICP—AES测定结果表明了该气凝胶中SiO2质量含量为99.99%,激光粒

2、度仪测定其体积平均粒径为20.77/~m,BET法研究表明了该气凝胶的比表面积为251m/g.并利用XRD,IR和SEM研究了稻壳在制备气凝胶过程中的结构变化.关键词:稻壳;气凝胶;裂解;制备中图分类号:TM285文献标识码:A1引言气凝胶是一种轻质纳米级多孔非品材料,具有连续的网络结构,在微观上具有纳米尺度的均匀性,孔洞尺寸和颗粒直径范围均为纳米量级(1,,~lOOnm);比表面积达200~1000m0/gt】;由于其独特的纲米结构,在力学,声学,光学,热学等特性【】明显不同于相应的宏观玻璃态材料,如低热导率,低折射率

3、,低弹性模量,低声阻抗,强吸附性能等,这些性质引起了广大的物理学家,化学家及材料学家的浓厚兴趣;由气凝胶组装成的介孔复合体系的研究,已成为当今材料研究领域中的新热点t3】.SiO2气凝胶大多由正硅酸乙(甲)酯的水解,缩聚而成,最为常见的气凝胶的制备一般包括溶胶一凝胶和超临界干燥两个过程[4】.由于原料价格昂贵,超临界干燥操作复杂,且不易实现大规模生产,这些缺点在很大程度上限制了SiO2气凝胶的实际生产制备的发展及其应用.因此寻找低廉的原料,开辟简易的且新的SiO2气凝胶的合成途径是一项十分重要的研究领域.稻壳为大宗农业废

4、料,我国年产稻谷约2亿吨,稻壳约占稻谷质量的30%,按其计算,我国稻谷加工厂年副产稻壳6000万吨,因此,开展稻壳的资源化研究,变废为宝,具有重要的经济和社会意义.已有的研究表明了稻壳含有丰富的热源[5】’并可制备出活性碳[6】,较纯的SiO2【7】,各种氮化硅【8】等有用材料,但未见实际生产的报道.稻壳为纤维和半纤维有机结构,其中含有较为丰富的硅,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,从而制得高孔隙率,高比面积的SiO2气凝胶的可能性.正是本着这样的设想,本文对稻壳制备SiO2气凝胶过程进行了研究,

5、为制备价格低廉,生产工艺简单的SiO2气凝胶开辟途径,迄今为止,尚未见该方面的研究报道.收稿日期:2002--11-21,收到修改稿日期:2002-11-29作者简介:侯费华(1963-),男,剐教授,博士研究生.无机材料学报18卷2实验2.1原材料,试剂及试验方法稻壳取自江苏盐城市城西米厂,HC1为分析纯.将稻壳用去离子水浸泡,洗净,干燥,在于稻壳中加入3%()HCl,于装有回凝冷却器的烧瓶中沸煮12h后,过滤并用去离子水清洗,再干燥,制得予处理稻壳,将该稻壳置于马弗炉中升温至540.C并保温4h,得到白色,粒状的Si

6、02气凝胶.2.2性能测定SiO2气凝胶化学成分测定:用重量法测定气凝胶中SiO2含量,用美国PerkinEimer公司的Optima--4300DV全谱直读等离子发射光谱仪(ICP—AES)测定气凝胶的杂质含量.稻壳在制备气凝胶过程中的物性变化:将原状稻壳,予处理后稻壳及热解后所得的SiO2,分别用日本理学D/MAXB—B型x射线衍射仪测定试样的物相成份(工作条件:CuKa,管电压40kV,管电流lOOmA).用美国NEXUS公司的670型傅列叶变换红外光谱仪测定物相结构变化.SiO2气凝胶粒度及比面积测定:用英国Ma

7、sterSize-2000粒度分析仪测定气凝胶粒度分布,用美国Nova-3000型孔径分布测定仪测定气凝胶的孔径分布及比表面积.SiO2气凝胶显微形貌分析:用日本电子的JSM一5900型扫描电镜观察裂解后稻壳的微观形貌及孔型结构.3结果和讨论3.1SiO2气凝胶的纯度经重量法测定,气凝胶中SiO2质量含量为99.99%,经ICP—AES测定,其杂质总量为3.95x10-4(见表1).该测定结果表明了稻壳裂解所制得的Si02气凝胶具有很高的纯度,从纯度的角度来考虑,该SiOz可作为分析纯化学试剂使用,亦可作为太阳能电池的原

8、料来使用【5】.未经予处理的稻壳在较低的温度下裂解,不能得O2气凝胶的过程中,稻壳的组织结构,尤其是Si的存在形式的变化是十分有用的信息,它对于弄清稻壳制备Si02气凝胶的机理是十分重要的.XRD分析:原状稻壳,酸处理稻壳及裂解后稻壳灰(SiO2气凝胶)的X—ray衍射图如图1所示.由该图可知,原状稻壳在2为30(.