一種利用稻殼制備二氧化硅薄膜的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用稻殼制備二氧化硅薄膜的新方法，具體涉及首先以稻殼為原料通過原位溶膠-凝膠法制備多孔二氧化硅，然后利用電沉積的方法制備二氧化硅薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個水稻大國，每年稻殼的產(chǎn)量有數(shù)億噸，常規(guī)的方法一般都是作為廢棄物，不僅造成了資源的浪費，而且還會產(chǎn)生一系列的環(huán)境污染問題。稻殼中含有20%左右的無定形二氧化硅，稻殼中的二氧化硅是經(jīng)過生物提純不含有害雜質(zhì)，適用于食品、牙膏、化妝品，醫(yī)藥等工業(yè)的需求，市場潛力巨大。如果能以稻殼為原料生產(chǎn)高純度的多孔二氧化硅，則既可解決稻殼對環(huán)境的污染問題，還能帶來可觀的經(jīng)濟效益。Si02具有硬度高、耐磨性好、絕熱性好、光透過性高、抗侵蝕能力強以及良好的介電性質(zhì)。利用二氧化硅的多孔性質(zhì)可應(yīng)用于過濾薄膜、薄膜反應(yīng)和相關(guān)的吸附劑以及分離技術(shù)、分子工程和生物工程等，從而在光催化、微電子和透明絕熱領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景。
[0003]專利CN200810218808.1 一種超疏水透明二氧化硅薄膜的制備方法，該方法將二氧化硅顆粒與醇溶液混合攪拌，超聲分散，調(diào)節(jié)酸堿度，獲得二氧化硅膠體電泳液；將二氧化硅膠體電泳液電泳沉積到潔凈的導(dǎo)電襯底上，用無水乙醇淋洗后干燥，獲得二氧化硅薄膜導(dǎo)電襯底；將二氧化硅薄膜導(dǎo)電襯底在120?400°C熱處理30?60分鐘；經(jīng)熱處理的二氧化硅薄膜導(dǎo)電襯底，放入疏水處理液中浸置12?24小時后取出，用乙醇淋洗后干燥，獲得超疏水透明二氧化硅薄膜。本發(fā)明制得的薄膜材料具有優(yōu)良的疏水性和透光度，水與表面的接觸角為153°?162°，在500nm波長下的透光度達到90.2?95.5%。專利CN200610171664.X 一種生長二氧化硅薄膜的方法，其步驟包括:A.配制二氧化硅飽和溶液在配制的二氧化硅飽和溶液中加入去離子水或蒸餾水，攪拌得到二氧化硅的過飽和溶液；C.在二氧化硅的過飽和溶液中加入硼酸或鋁，攪拌得到飽和生長溶液；D.將半導(dǎo)體襯底垂直浸入到所述飽和生長溶液中，二氧化硅在半導(dǎo)體襯底表面沉積，形成二氧化硅薄膜。利用本發(fā)明，二氧化硅薄膜的生長溫度低，生長過程中不需要熱處理，操作容易，設(shè)備簡同時對環(huán)境影響較小，重復(fù)性好，可靠性高，成本極低，易于產(chǎn)業(yè)化。專利CN201310081293.6一種介孔氧化硅薄膜材料的制備方法，將P123和PDMS-PE0加入到聚合氧化硅溶膠中形成低聚硅酸鹽前軀體溶液，然后經(jīng)老化、旋涂到硅片上，再經(jīng)焙燒制得低介電常數(shù)介孔氧化硅薄膜材料；所述聚合氧化硅溶膠是將TE0S、水、鹽酸和乙醇混合經(jīng)回流制得的。本發(fā)明方法制得的氧化硅薄膜材料介電常數(shù)在1.9?2.8，且介電穩(wěn)定性好；焙燒后骨架收縮率為8%?16%、其骨架穩(wěn)定性能優(yōu)異；同時該材料高溫?zé)岱€(wěn)定性及疏水穩(wěn)定性好；薄膜的介孔孔徑較小，且尺寸分布均勻，其比表面積、孔容和孔徑可分別達600?1000m2g\0.35?0.65cm3g 1和4.5?6.2nm ;總之，本發(fā)明方法制得的氧化娃薄膜材料特別適合用于低介電常數(shù)涂層、膜分離、傳感器、光學(xué)材料等領(lǐng)域。專利CN201310150780.3沉積二氧化硅薄膜的方法，利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積二氧化硅薄膜的方法，并且更具體地利用原硅酸四乙酯(TE0S)以等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積二氧化硅薄膜的方法。該方法可在標(biāo)準(zhǔn)溫度下進行，并且也可在用于制造穿透性硅通孔的晶片的低溫下進行。專利CN201410202352.5 一種二氧化硅薄膜的制備方法，二氧化硅薄膜一般是直接生長在目標(biāo)基底表面，不具有可轉(zhuǎn)移性。本發(fā)明制備的二氧化硅生長在基底表面，二氧化硅與基底之間可以分離，分離后二氧化硅薄膜可以轉(zhuǎn)移至其它基底表面，該方法將增加氧化硅薄膜的應(yīng)用范圍。該方法制備的二氧化硅薄膜具有機械強度好、柔韌性好和可轉(zhuǎn)移性等優(yōu)點。
[0004]以上專利中，大部分專利主要的硅原是正硅酸酯，而本發(fā)明主要是利用稻殼中的二氧化硅作為原料，以木質(zhì)素和聚乙二醇的協(xié)同作用制備多孔二氧化硅，然后利用電沉積的方法制備薄膜，對于這方面的研究未見報道過。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明所提供的實驗方案是:
[0006](1)首先利用堿液對稻殼進行液化，然后將稻殼分離的濾液、無水乙醇、蒸餾水按一定比例放入三口瓶中，接觸溫度為60?90°C，用2mol/L的鹽酸溶液對混合液進行滴定，一邊攪拌一邊滴定，直到溶液的pH達到9時，向其中加入無水乙醇溶解的聚乙二醇，聚乙二醇的量是稻殼中二氧化硅質(zhì)量的0?50%，反應(yīng)2h后繼續(xù)用酸溶液對濾液進行滴定，使溶液的pH達到7?3，繼續(xù)反應(yīng)3h，沉淀出一系列的二氧化硅復(fù)合物，然后固液分離，干燥得到均勻的二氧化硅復(fù)合材料，在一定的溫度下煅燒，即可得到多孔二氧化硅微球；
[0007](2)將步驟(1)得到的多孔二氧化硅與醇溶液按一定比例混合攪拌，調(diào)節(jié)pH，獲得二氧化硅膠體電泳液，然后將二氧化硅膠體電泳液電泳沉積到潔凈的導(dǎo)電襯底上，二氧化硅薄膜導(dǎo)電襯底在100?500°C熱處理0.5?2h，經(jīng)熱處理的二氧化硅薄膜導(dǎo)電襯底，放入疏水處理液中浸置5?24小時后取出，用乙醇淋洗后干燥，即可得到二氧化硅薄膜。
[0008]為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步地詳細(xì)說明，但是本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例表示的范圍。
[0009]實施例1:
[0010](1)首先利用堿液對稻殼進行液化，然后將稻殼分離的濾液、無水乙醇、蒸餾水按一定比例放入三口瓶中，接觸溫度為90°C，用2mol/L的鹽酸溶液對混合液進行滴定，一邊攪拌一邊滴定，直到溶液的pH達到9時，向其中加入無水乙醇溶解的聚乙二醇，聚乙二醇的量是稻殼中二氧化硅質(zhì)量的20%，反應(yīng)2h后繼續(xù)用酸溶液對濾液進行滴定，使溶液的pH達到5，繼續(xù)反應(yīng)3h，沉淀出二氧化硅復(fù)合物，然后固液分離，干燥得到均勻的二氧化硅復(fù)合材料，在600°C下煅燒，即可得到多孔二氧化硅微球；
[0011](2)將步驟(1)得到的多孔二氧化硅與醇溶液按1: 5的體積比混合攪拌，調(diào)節(jié)pH = 3，獲得二氧化硅膠體電泳液，然后將二氧化硅膠體電泳液電泳沉積到潔凈的導(dǎo)電襯底上，二氧化硅薄膜導(dǎo)電襯底在400°C熱處理2h，經(jīng)熱處理的二氧化硅薄膜導(dǎo)電襯底，放入疏水處理液中浸置12小時后取出，用乙醇淋洗后干燥，即可得到二氧化硅薄膜。
[0012]實施例2:改變聚乙二醇的量是稻殼中二氧化硅質(zhì)量的10%，其他步驟同實施例1，得到二氧化硅薄膜。
[0013]實施例3:改變二氧化硅薄膜導(dǎo)電襯底的熱處理溫度為500°C，其他步驟同實施例
1，得到二氧化硅薄膜。
【主權(quán)項】
1.一種利用稻殼制備二氧化硅薄膜的新方法，具體步驟如下: (1)首先利用堿液對稻殼進行液化，然后將稻殼分離的濾液、無水乙醇、蒸餾水按一定比例放入三口瓶中，接觸溫度為60?90°C，用2mol/L的鹽酸溶液對混合液進行滴定，一邊攪拌一邊滴定，直到溶液的pH達到9時，向其中加入無水乙醇溶解的聚乙二醇，聚乙二醇的量是稻殼中二氧化硅質(zhì)量的0?50%，反應(yīng)2h后繼續(xù)用酸溶液對濾液進行滴定，使溶液的pH達到7?3，繼續(xù)反應(yīng)3h，沉淀出一系列的二氧化硅復(fù)合物，然后固液分離，干燥得到均勻的二氧化硅復(fù)合材料，在一定的溫度下煅燒，即可得到多孔二氧化硅微球； (2)將步驟(1)得到的多孔二氧化硅與醇溶液按一定比例混合攪拌，調(diào)節(jié)pH，獲得二氧化硅膠體電泳液，然后將二氧化硅膠體電泳液電泳沉積到潔凈的導(dǎo)電襯底上，二氧化硅薄膜導(dǎo)電襯底在100?500°C熱處理0.5?2h，經(jīng)熱處理的二氧化硅薄膜導(dǎo)電襯底，放入疏水處理液中浸置5?24小時后取出，用乙醇淋洗后干燥，即可得到二氧化硅薄膜。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用稻殼制備二氧化硅薄膜的新方法，該方法首先以稻殼為原料制備多孔二氧化硅，然后將二氧化硅與醇溶液混合攪拌獲得二氧化硅膠體電泳液，通過電泳沉積獲得二氧化硅薄膜導(dǎo)電襯底，經(jīng)熱處理即可得到二氧化硅薄膜。本發(fā)明制得的薄膜材料具有優(yōu)良的疏水性和透光度，工藝簡單，原料價廉易得，降低成本。
【IPC分類】B01J13/04, C09D1/00, C25D13/02, C09D5/44
【公開號】CN105273452
【申請?zhí)枴緾N201510815073
【發(fā)明人】曲玉寧, 王志宏, 卜建國, 孫致遠
【申請人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月20日