粉煤灰脱硅液制备高纯纳米二氧化硅开题报告

研究此类课题的意义
• 粉煤灰脱硅液制备高纯纳米二氧化硅的技术，既 可以解决现存的粉煤灰污染重的问题，又可解决 我国对纳米二氧化硅产品日益增长的需求，具有 较好的社会意义和良好的工业前景。
2、国内外在该方向的研究现状及分析
• 目前，纳米二氧化硅的制备方法主要有干法和湿法两类。 干法包括气相分解法和电弧法,湿法包括化学沉淀法、气 相沉积法、溶胶-凝胶法和微乳液法等。 • 干法制备工艺得到的纳米二氧化硅纯度高, 性能好，但 设备投资较大、生产过程中能耗大,成本高,故不常采用。 • 湿法常用的有化学沉淀法、气相沉积法、溶胶-凝胶法、 微乳液法等，所用原材料广泛、廉价，因此国内外多采 用湿法工艺来制备纳米二氧化硅。
• 以内蒙古呼和浩特某热电厂粉煤灰脱硅液为原料。 采用碳化法制得高纯纳米二氧化硅。 • 具体研究内容包括： • 通过单因素实验，探讨碳化过程中温度、时间、 搅拌强度、 CO2流速等因素对产率、产品粒度及 纯度的影响。 • 探索溶液pH值与产率及产品纯度的关系。 • 通过四因素三水平的正交实验优化脱硅液碳化制 备高纯纳米二氧化硅的技术参数。
纳米二氧化硅（俗称“超微细白炭黑”）是极 其重要的高科技超微细无机新材料之一,因其粒径 很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大， 化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具 有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增 稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性， 有着不可取代的作用。 纳米二氧化硅广泛用于各行业作为添加剂、催 化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂，橡胶补 强剂，塑料充填剂，油墨增稠剂，金属软性磨光 剂，绝缘绝热填充剂，高级日用化妆品填料及喷 涂材料、医药、环保等各种领域。
SiO2（gls）＋2NaOH（aq）→Na2SiO3（aq）＋H2O（l）
• （2）碳化实验：向脱硅液中通入CO2，发生的化 学反应为: Na2O·mSiO2+CO2+nH2O →Na2CO3+mSiO2·nH2O Na2CO3+CO2+H2O →NaHCO3 mSiO2·nH2O →mSiO2+nH2O -Si-OH+HO-Si- →-Si-O-Si-+H2O • 通过调控温度、时间、搅拌强度、CO2流速、pH等 制备高纯二氧化硅。
• 作为一种高科技的纳米材料，纳米二氧化硅的制 备方法已经多种多样了，但是如何有效地控制制 备出来的纳米二氧化硅的粒径和形貌；如何更进 一步提高纯度；如何减少生产成本，以适应于大 规模的生产，又不会对环境造成严重污染。因此， 本课题将探讨如何由粉煤灰脱硅液制备高纯纳米 二氧化硅。
3、主要研究内容
• （3）干燥：将制备的二氧化硅干燥，通过研究干 燥温度对二氧化硅粒度的影响。
• 分析与表征
• （1）采用化学滴定法测定溶液中二氧化硅的含量， 并计算产率。 • （2）采用红外、XRD、热重、SEM、化学分析等对 产品的结构、组成、微观形貌等进行表征。
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6、试验进度安排及相关问题的解决
• （1）试验进度安排 • 2012.06.20-2012.07.09 ：查阅文献，完成开题报告，熟 悉相关操作 • 2012.07.09-2012.09.30 ：开展粉煤灰脱硅液制备高纯纳 米二氧化硅的实验，研究制备工艺 • 2012.09.01-2012.12.20 ： 在制备出基本符合工业要求 的高纯纳米二氧化硅的同时，进一步优化工艺，提高产品 纯度。 • 2013.03.01-2013.05.15 ： 在前期工作基础上，对实验 进行进一步完善。 • 2013.05.16-2013.06.10 ：完成毕业论文，准备答辩。
• [8] 韩秀山. 白炭黑生产工艺及应用综述. 化工设计通讯，2004， 30( 3) : 50-53. • [9]王立刚. 粉煤灰的环境危害与利用. 中国矿业，2001，10( 4) : 27-28. • [10] 李歌，马鸿文，谭丹君. 高铝粉煤灰烧结反应热力学分析与实 验. 现代地质，2008，22( 5) : 845-851. • [11] 刘金龙. 碳化法白炭黑的试制和生产. 浙江化工，1990，( 4) : 38-40. • [12]王宝君，张培萍，李书法，等. 白炭黑的应用与制备方法. 世界 地质，2006，25( 1) : 100-104. • [13] Schmidt M，Schwertfeger F. Application for silica aerogel products. Journal of Non-Crystalline Silids，1998， 225: 364-368. • [14] Tang Q，Wang T. Preparation of silica aerogel from rice hull ash by supercritical carbon dioxide drying. The Journal of Supercritical Fluids，2005， 6: 1-4. • [15] Wang J D. White carbon black preparation and its prospect. Journal of Northeastern University，2009，30( 2) : 208-211. • [16] Yachi A，Takahashi R，Sato S，et al. Silica gel with continuous macropores prepared from water glass in the presence of poly ( acrylic acid) . Journal of NonCrystalline Solids，2005，351: 331-339.
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毕业设计(论文)开题报告
粉煤灰脱硅液制备高纯纳米二氧化硅
目录
• • • • • • 1、研究背景及意义 2、国内外在该方向的研究现状及分析 3、主要研究内容 4、实验原料及仪器 5、实验方案及方法 6、试验进度安排及相关问题的解决
1、研究背景及意义
粉煤灰，是从煤燃烧后产生的烟气中收捕下来 的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。随着 我国电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量 逐年增加，粉煤灰成为我国当前排量较大的工业 废渣之一，2009年我国年排渣量已3.75亿吨。大 量的粉煤灰如果不加处理，随意堆放，既占用大 量耕地，又会对环境造成污染。其中干灰易产生 扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞， 而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危 害。因此，粉煤灰的处理和利用问题应当引起人 们广泛的注意。
粉煤灰笼罩中国
目前我国对粉煤灰的利用，基本停留在初级利 用阶段，即作为水泥的掺混料、混凝土的搅拌料、 筑路填路等。 而粉煤灰的主要化学成分是Al2O3和SiO2，两者 之和可达80%，SiO2含量高达33.9%-59.7%，氧化 铝是潜在的重要资源，因而开发氧化铝产品以外 的高附加值硅化物产品是综合利用粉煤灰的关键。
• （2）主要困难及解决办法
• 困难：制备的二氧化硅纯度的控制问题 • 解决：可尝试通过分步碳分的方法
参考文献
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4、实验原料及仪器
• 实验原料： 粉煤灰脱硅液、 CO2气体及检测分析所需化学试剂 实验仪器： 四口烧瓶、磁力搅拌器、电子天平、恒温水浴锅、 真空抽滤机、抽滤瓶、布氏漏斗、干燥箱及XRD、
紫外分光光度计、粒度分析仪、热重分析仪、SEM等 分析检测仪器等
5、实验方案及方法
• 实验步骤：
• （1）预脱硅实验：采用NaOH溶液与粉煤灰反应， 主要的化学反应方程式为：