功能性納米二氧化硅材料的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、我國是個(gè)農(nóng)業(yè)大國，近幾年小麥產(chǎn)量都超過2億噸，居世界首位，同時(shí)每年也產(chǎn)生大量的小麥秸桿等廢料。其可用于造紙業(yè)、燃料發(fā)電、發(fā)酵制沼氣，供生產(chǎn)墻體材料等。在中國北方的農(nóng)村植物秸稈過去大部分被農(nóng)民用來取暖、煮飯等同常生活，隨著農(nóng)村生活水平的提高，天然氣等新能源的介入，農(nóng)村中更多的體現(xiàn)將秸稈在田間直接煅燒，此種過程造成嚴(yán)重的大氣污染。盡管有少數(shù)集中煅燒（如發(fā)電廠的建立），產(chǎn)生大量的灰分也越來越受到關(guān)注。小麥秸桿煅燒過后的灰分中含有大量的非晶態(tài)二

2、氧化硅，如何利用此硅源進(jìn)行介孔、納米材料的合成是本文研究的出發(fā)點(diǎn)。
　　 禾本科植物中含有較多的硅，小麥植株就是此類禾本科植物的典型代表。植硅體是沉積于這些高等植物體內(nèi)（細(xì)胞腔內(nèi)部或細(xì)胞問的間隙）的含水非晶態(tài)二氧化硅。本文重點(diǎn)研究了小麥（莖稈、葉片、殼）中的植硅體的形態(tài)，總結(jié)了小麥中植硅體的多種常見形態(tài)，如橢圓形、帽形、圓形、長圓形、矩形、多刺棒形、三角形、圓盤形等，以及其它少量存在的不規(guī)則形態(tài)；并詳細(xì)描述了各種植硅體的大小和形

3、態(tài)特征以及在小麥植株中各個(gè)部位的分布情況：尤其值得一提的是，發(fā)現(xiàn)了已有文獻(xiàn)中極少提到的圓盤形植硅體，并做了詳盡的描述。論文中比較了干化法、濕化法、菌解法等方法對提取小麥秸桿中植硅體結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)干化法和濕化法對纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等有機(jī)物質(zhì)去除得較為徹底，得到了清晰地微米尺寸的植硅體；圓形和長圓形植硅體在小麥秸桿的表皮細(xì)胞中極為常見，形狀特征明顯均一；并分析了小麥植株中硅的來源與反應(yīng)狀況。通過對植硅體的元素分析、顯微鏡照片等實(shí)驗(yàn)手

4、段，推測植硅體為天然形成的核殼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)核為有機(jī)物質(zhì)。
　　 本文以小麥秸桿中提取出的植硅體為原料，經(jīng)過強(qiáng)酸處理并于高溫下煅燒的方法制備出了納米尺寸的二氧化硅材料。對樣品分別進(jìn)行了光學(xué)顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、紅外光譜、X射線衍射、電子能譜、氮?dú)馕矫摳降葴y試。發(fā)現(xiàn)經(jīng)硝酸處理并于400℃煅燒2h的反應(yīng)條件為最佳，得到了粒徑300nm的硅球，砟球人小均一，分散性較好。還發(fā)現(xiàn)硝酸比鹽酸和硫酸的處理效果要好；煅燒溫度越高

5、，得到的Si02顆粒形狀越不規(guī)則，粘連越嚴(yán)重，分敝性越差。
　　 介孔材料的制備多以表面活性劑的自組裝體系為模板，通過液晶模板機(jī)理或協(xié)同作用機(jī)理來反應(yīng)制備完成的。在催化劑、催化劑載體、色譜填充材料、吸附與分離技術(shù)、主客體化學(xué)、材料合成模板等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文以小麥秸桿的無機(jī)灰分為硅源，采用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為模板劑合成了質(zhì)量極高的高純高比表面的介孔二氧化硅材料。并且利用紅外光譜、X射線衍射、氮?dú)馕揭幻摳?/p>

6、、高分辨透射電鏡、掃描電子顯微鏡等技術(shù)對合成材料進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示1.0Si02：1.1NaOH：0.27CTAB：110H20為最佳反應(yīng)配比，120℃水熱處理為最佳反應(yīng)條件，合成的樣品孔徑在2.2-4nm之間，其范圍為典型的MCM-41介孔材料范圍內(nèi)。其中，BET比表面積高達(dá)1312m2/g。
　　 本文的意義在于總結(jié)了濟(jì)南地區(qū)小麥秸桿中植硅體的形態(tài)以及分類情況，為考古學(xué)和植物學(xué)提供了一定的信息；以小麥秸桿為原料制備了納米二