Наночастици от аморфен силициев диоксид, Статия в сп. "Млад учен"
Библиографско описание:
Беше изследвано получаването на наночастици от аморфен силициев диоксид от оризова люспа чрез кавитационна обработка. Размерът, формата и специфичната повърхност на частиците са изследвани чрез ТЕМ анализ.
Ключови думи: Оризови люспи, пиролиза, кавитация, наночастици, силикондиоксид.
През последните години интересът към получаването на наноструктурирани материали, съдържащи силиций, се увеличи поради перспективите за тяхното широко практическо приложение [1]. Възобновяем източник на суровина за получаване на силициев нанопрах са отпадъците от производството на ориз - оризова обвивка (RH), състояща се от целулоза, лигнин и силициев диоксид.
RSh съдържа 90–98% силициев диоксид, но почти не съдържа тежки метали, което е много важно при създаването на медицински препарати.
В Киргизката република всяка година се натрупват 60-70 хиляди тона отпадъци от производството на ориз под формата на RH и слама. Досега републиката не е установила преработката на тези отпадъци. Отпадъците от производството на ориз в Ошска и Баткенска области съдържат около 40% силициев диоксид [2].
Аморфният силициев диоксид се използва във фармацевтиката, парфюмерията, битовата химия и за синтеза на други силициеви съединения [3]. Аморфният силициев диоксид от оризови люспи служи като изходен материал за получаване на силиций с висока чистота, използван в слънчевите клетки под формата на тънки филми от нанокристален силиций. Използването на нанокристален силиций в слънчевата енергия ще спести масивен силиций с няколко порядъка. В допълнение, наноструктурираният силиций е източник на активен кислород, което прави възможно използването на наносилиций за създаване на мехлеми, гелове, превръзки за лечение на кожни заболявания, обширниизгаряния. От гореизложеното, получаването на наносилиций от евтини отпадъци от производството на ориз е важна посока.
В момента много активно се разработват методи за получаване на наноматериали чрез механично въздействие върху твърдо тяло. Такива методи на наноструктуриране включват кавитационно-хидродинамична, вибрационна, ударно-вълнова, ултразвукова и детонационна обработка на веществото.
Ние предлагаме кавитационна технология за наноструктуриране на RH, която е комбинация от механохимичен синтез, действие на ударна вълна, високотемпературен синтез с мигновено втвърдяване на целевите продукти. Предимствата на предложения метод могат да се считат за лекота на изпълнение, енергийна ефективност, екологична безопасност и др.
Оризовите люспи се подлагат на кавитационна обработка при налягане 2500 атм., в продължение на 1 час в дестилирана вода в ротационен кавитационен диспергатор (3000 rpm). Обработената по този начин RH се филтрира и изсушава при стайна температура.
Изсушените кавитационни продукти се подлагат на пиролиза без достъп на кислород при 350–450 0 С за 40–90 минути, докато газовете и течните смолисти вещества се изпаряват. На този етап от обработката на RSH се получава високо диспергиран силициев въглерод, който може да се използва като сорбент за тежки метали и нефтопродукти при пречистване на вода. При по-нататъшно изпичане на получения силициев въглерод при 600–650 0 С в продължение на 30–40 минути се образува аморфен силно диспергиран силициев диоксид (Таблица 1).
Резултати от изследвания за получаване на аморфен силициев диоксид
Температура
пиролиза,0С