一种由稻壳灰制备球形二氧化硅的方法技术

本发明专利技术提供了一种由稻壳灰制备球形二氧化硅的方法，将稻壳灰与碳酸钠溶液加热反应得到硅酸钠和碳粉，所得的硅酸钠溶液与具有酸性和表面活性的聚2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸混合加热反应，得到球形率超过95%的二氧化硅，可用作微电子封装材料，二氧化硅的产率最高超过99.0%；所得的副产炭粉经活化处理后变成活性炭用作吸附材料。本方法采用双功能助剂，避免了无机酸沉淀剂的使用，操作简单，步骤较少，过程更环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质利用
，涉及一种由稻壳灰制备二氧化硅的方法。
技术介绍
中国是世界上最大的稻谷生产国，每年稻谷的产量约占全球的三分之一，而稻壳作为稻谷加工的主要副产物，约占稻谷重量的20%-30%是廉价易收集的可再生资源。目前稻壳一般用于燃烧产热或气化发电；稻壳经过无氧燃烧会产生大量的稻壳灰，目前主要用于钢水的保温，附加值较低。由于稻壳灰中主要含有碳和二氧化硅，人们开发了稻壳灰用碱液浸出，得到水玻璃和碳，碳经水洗和活化得到活性炭粉，水玻璃与硫酸反应沉淀物经过滤、干燥得到白炭黑的工艺（文献：甘露等．稻壳联产纳米白炭黑与活性炭的研究，粮食与饲料工业2007（11），7-12，）。所得的白炭黑产品只适用作橡胶填料。还用许多用稻壳灰制备碳材料的报道（中国专利：苛化煮解稻壳灰制备的高活性炭及其制备方法），但没有考虑二氧化硅的利用问题。球形纳米二氧化硅粒子是一种具备粒径小，纯度高，比表面积大，导热系数低，化学性能稳定的材料，通常粒径在20-200nm，现广泛应用于大规模集成电路封装。目前用稻壳灰制备具球形纳米二氧化硅粒子尚未见报道。
技术实现思路
针对目前领域技术存在的问题，本专利技术提供了一种由稻壳灰制备球形二氧化硅的方法，将稻壳灰与碳酸钠溶液加热反应得到硅酸钠和碳，所得的硅酸钠溶液与具有酸性和表面活性的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(以下简称PAMPS)混合加热反应，得到球形二氧化硅，可用作微电子封装材料；副产的碳粉经活化处理后制成活性炭。本专利技术提供的一种由稻壳灰制备球形二氧化硅的方法的步骤和条件如下：1）将稻壳灰与质量分数为15-25%的碳酸钠溶液以质量比1:5-15进行混合，在60-95℃下反应2.5-4.5h，经过滤，得到硅酸钠溶液和碳粉；所述的稻壳灰为稻壳无氧燃烧的剩余物，含有二氧化硅和碳；优选稻壳灰的粒径为0.2-0.42mm。2）将PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步骤1）得到的硅酸钠溶液中，将混合液PH调为5-7，在30-45℃下反应2-4h，生成的白色沉淀，过滤，固态物在600-800℃下焙烧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%，平均粒径为60-100nm。3）将步骤1）得到的碳粉与KOH以质量比1：2混合均匀，加入马弗炉中，在700-850℃下绝氧反应3-4h，将产物用超声清洗3-4h，然后，在100-150℃下恒温干燥3-8h，得到活性炭。有益效果：本专利技术提供了一种由稻壳灰制备球形二氧化硅的方法，将稻壳灰与碳酸钠溶液加热反应得到硅酸钠和碳，所得的硅酸钠溶液与具有酸性和表面活性的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(以下简称PAMPS)混合加热反应，得到球形二氧化硅，可用作微电子封装材料；副产的碳粉经活化处理后制成活性炭。本方法具有以下显著特点，1采用双功能助剂，避免了无机酸沉淀剂的使用，操作简单，步骤较少，过程更环保。2.二氧化硅球化率高，颗粒粒径较小，产品质量符合微电子塑封用产品的标准;3、产品的附加值高，副产活性炭可作为吸附材料使用。具体实施方式在下面的实例中，有关参数的测定方法如下：二氧化硅的形状及颗粒尺寸：用扫描电镜观察二氧化硅形貌，并用采用抽样法测量颗粒的平均粒径。二氧化硅的球形率:用球化率检测仪测量产品球化率。二氧化硅的产率=反应得到二氧化硅的质量/原料中含有二氧化硅的质量x100%二氧化硅的全部质量指标按照电子封装用球形二氧化硅的质量标准（SJ/T10675-2002）进行检测。实施例11）将13g粒径为0.2-0.42mm的稻壳灰与195g质量分数为15%的碳酸钠溶液以质量比1:15进行混合，在95℃下反应2.5h，经过滤，得硅酸钠溶液及碳粉；所述的稻壳灰为稻壳无氧燃烧的剩余物。2）将质量分数为5%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步骤1）得到的硅酸钠溶液中，将该溶液的PH调至5，在40℃下反应2h，生成的白色沉淀，过滤，固态物在600℃下焙烧3h，得到二氧化硅粉末4.25g，产率93.41%，球形率为95%，平均粒径100nm。3）将步骤1）得到的碳粉与KOH以质量比1：2的比例混合均匀，加入马弗炉中，在700℃下绝氧反应3h，将产物用超声清洗3h，然后，在100℃下恒温干燥8h得7.81g，比表面积为843.2m2/g的活性炭，活性炭产率92.4%。实施例21）将13g粒径为0.2-0.42mm的稻壳灰与65g质量分数为15%的碳酸钠溶液以质量比1:5进行混合，在60℃下反应3h，经过滤，得硅酸钠溶液及碳粉；所述的稻壳灰为稻壳无氧燃烧的剩余物。2）将质量分数为8%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步骤1）得到的硅酸钠溶液中，将该溶液的PH调至5，在40℃下反应3h，生成的白色沉淀，过滤，固态物在650℃下焙烧3h，得到二氧化硅粉末4.48g，产率98.5%，球形率为96.0%，平均粒径为90nm。3）将步骤1）得到的碳粉与KOH以质量比1：2的比例混合均匀，加入马弗炉中，在750℃下绝氧反应4h，将产物用超声清洗3.5h，然后，在120℃下恒温干燥3h得质量7.77g活性炭，活性炭比表面积为852m2/g的活性炭。活性炭产率为92.00%。实施例31）将13g粒径为0.2-0.42mm的稻壳灰与195g质量分数为20%的碳酸钠溶液以质量比1:15进行混合，在95℃下反应2.5h，过滤得硅酸钠溶液及碳粉；2）将质量分数为13%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步骤1）得到的硅酸钠溶液中，将该溶液的PH调至5，在45℃下反应3h，生成的白色沉淀，过滤，固态物在700℃下焙烧3.5h，得到二氧化硅粉末为4.45g，产率97.8%，球形率为95.2%，平均粒径为95nm。3）将步骤1）得到的碳粉与KOH以质量比1：2的比例混合均匀加入马弗炉中在850℃下绝氧反应4h，将产物用超声清洗4h，然后，在150℃下恒温干燥8h，得到活性炭7.85g，活性炭比表面积为851m2/g的活性炭，活性炭产率为93.1%。实施例41）将13g粒径为0.2-0.42mm的稻壳灰与156g质量分数为15%的碳酸钠溶液以质量比1:12进行混合，在95℃下反应3h，过滤得硅酸钠溶液及碳粉；所述的稻壳灰为稻壳无氧燃烧的剩余物。2）将质量分数为12%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步骤1）得到的硅酸钠溶液中，将该溶液的PH调至5，在30℃下反应2.5h，生成白色沉淀，过滤，固态物在750℃下焙烧2.5h，得到二氧化硅粉末4.51g，产率99.1%，球形率为96.8%，平均粒径为75nm。3）将步骤1）得到的碳粉与KOH以质量比1：2的比例混合均匀加入马弗炉中在800℃下绝氧反应3h，将产物用超声清洗3h，然后，在150℃下恒温干燥8h，得活性炭7.82g，活性炭的比表面积为839.2m2/g，活性炭产率为92.5%。实施例51）将13g粒径为0.2-0.42mm的稻壳灰与156g质量分数为25%的碳酸钠溶液以质量比1:12进行混合，在95℃下反应4.5h，过滤得硅酸钠溶液及碳粉；所述的稻壳灰为稻壳无氧燃烧的剩余物。2）将质量分数为15%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步骤1）得到的硅酸钠溶液中，将溶液的P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由稻壳灰制备球形二氧化硅的方法，其特征在于，步骤和条件如下：1） 将稻壳灰与质量分数为15‑25%的碳酸钠溶液以质量比1:5‑15 进行混合，在60‑95℃下反应2.5‑4.5h ，经过滤，得到硅酸钠溶液和碳粉；所述的稻壳灰为稻壳无氧燃烧的剩余物；2）将PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步骤1）得到的硅酸钠溶液中，将混合液PH调为5‑7，在30‑45℃下反应2‑4h，生成的白色沉淀，过滤，固态物在600‑800℃下焙烧2.5‑4.5h，得到二氧化硅粉末； 3）将步骤1）得到的碳粉与KOH以质量比1：2混合均匀，加入马弗炉中，在700‑850℃下绝氧反应3‑4h，将产物用超声清洗3‑4h，然后，在100‑150℃下恒温干燥3‑8h，得到活性炭。

【技术特征摘要】
1.一种由稻壳灰制备球形二氧化硅的方法，其特征在于，步骤和条件如下：1）将稻壳灰与质量分数为15-25%的碳酸钠溶液以质量比1:5-15进行混合，在60-95℃下反应2.5-4.5h，经过滤，得到硅酸钠溶液和碳粉；所述的稻壳灰为稻壳无氧燃烧的剩余物；2）将PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步骤1）得到的硅酸钠溶液中，将混合液PH调为5-7，在30-45℃下反应2-4h，生成的白色沉淀，过滤，固态物在600-800℃下焙烧2.5-4.5h，得到二氧化硅粉末；3）将步骤1）得到的碳粉与KOH以质量比1：2混合均匀，加入马弗炉中，在700-850℃下绝氧反应3-4h，将产物用超声清洗3-4h，然后，在100-150℃下恒温干燥3-8h，得到活性炭。2.如权利要求1所述的一种由稻壳灰制备球形二氧化硅的方法，其特征在于，步骤和条件如下：1）将稻壳灰与质量分数为15%的碳酸钠溶液以质量比1:15进行混合，在95℃下反应2.5h，经过滤，得硅酸钠溶液及碳粉；所述的稻壳灰为稻壳无氧燃烧的剩余物；2）将质量分数为5%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步骤1）得到的硅酸钠溶液中，将该溶液的PH调至5，在40℃下反应2h，生成的白色沉淀，过滤，固态物在600℃下焙烧3h，得到二氧化硅粉末；3）将步骤1）得到的碳粉与KOH以质量比1：2的比例混合均匀，加入马弗炉中，在700℃下绝氧反应3h，将产物用超声清洗3h，然后，在100℃下恒温干燥8h得到活性炭。3.如权利要求1所述的一种由稻壳灰制备球形二氧化硅的方法，其特征在于，步骤和条件如下：1）将稻壳灰与质量分数为15%的碳酸钠溶液以质量比1:5进行混合，在60℃下反应3h，经过滤，得硅酸钠溶液及碳粉；所述的稻壳灰为稻壳无氧燃烧的剩余物；2）将质量分数为8%的PAMPS溶液以0.05mL/s滴加到步骤1）得到的硅酸钠溶液中，将该溶液的PH调至5，在40℃下反应3h，生成的白色沉淀，过滤，固态物在650℃下焙烧3h，得到二氧化硅粉末；3）将步骤1）得到的碳粉与KOH以质量比1：2的比例混合均匀，加入马弗炉中，在750℃下绝氧反应4h，将产物用超声清洗3.5h，然后，在120℃下恒温干燥3h得到活性炭。4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，梁冠桥，崔瑛娜，
申请(专利权)人：长春工业大学，舒兰市聚烽生物再生能源有限公司，长春瑛隆材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22