曾玉燕
高露洁棕榄（中国）有限公司
摘要：以稻壳为原料，通过盐酸酸化反应及高温600℃煅烧4h，制备了稻壳二氧化硅，考察了酸化反应的最优工艺条件;对稻壳二氧化硅的白度及含量进行了测试;将其应用于牙膏，对其磨擦性能进行了测试。结果表明:最优化的酸化反应工艺条件是:液料比为6∶1、盐酸浓度为1．8mol/L、反应时间为4h;稻壳二氧化硅白度达到94．6%、二氧化硅含量达到97．8%;牙膏磨擦铜耗值为10．2mg，达到牙膏用二氧化硅对磨擦性能的使用要求;从稻壳中制备具有一定磨擦性能的高纯二氧化硅对国内牙膏生产具有重要意义。
关键词：稻壳;二氧化硅;牙膏;磨擦性能
引言
通常将粒度小于10μｍ的粉体物料称为超细粉体。超细粉体的表面效应和体积效应赋予其独特的性质如大比表面积、高活性、低熔点、强磁性、较好的光吸附性和热导性能等。超细粉体具有较高的附加值，在化工、微电子、医药、农药、食品、材料等领域有着不可替代的作用。稻壳中富含二氧化硅，由于稻壳中的二氧化硅是生物合成的，相比矿石中的或合成的二氧化硅，更加环保，在生物、食品、医药和化妆品领域有着广泛的应用前景。稻壳二氧化硅的简便制备方法是直接焚烧，但产品粒径较粗，如果将其加工成超细稻壳二氧化硅粉体，将会提升稻壳二氧化硅的附加值、拓宽其应用范围。超细粉体的加工一般采用化学法和机械粉碎法。化学法流程长、产量低、成本高、制备的材料纯度高，适合于制备小批量、高附加值的产品；相对而言，机械粉碎法流程短、产量高、纯度低，适合于制备大批量的产品，是目前粉体加工制备最主要的方法。作者在此采用球磨法制备超细稻壳二氧化硅，研究了研磨条件对粉体粒径的影响，提出了合理的研磨工艺，并比较了研磨前后粉体的性质和结构。
1材料与方法
1.1材料、试剂与仪器
材料及试剂;稻壳，盐酸、氢氧化钠为AＲ级;山梨醇、PEG－400、CMC、119型二氧化硅、糖精、K12、钛白粉、苯甲酸钠、牙膏香精，均为牙膏用级别。仪器;SX－5－12型马弗炉，上海沪越实验仪器有限公司;WSD－3C全自动白度计，北京康光光学仪器有限公司;ＲW20数显搅拌器，德国IKA公司;SHZ－95B型循环水式多用真空泵，河南爱博特科技发展有限公司;MS型牙膏过硬颗粒测定仪，北京中慧天诚科技有限公司。
1.2稻壳二氧化硅的制备
1)酸化反应工艺:将用清洗干净的稻壳置于锥形瓶中，按一定的液料比加入盐酸溶液，在90℃温度下反应若干小时;用氢氧化钠溶液将液料中和至中性后过滤，滤出的稻壳用蒸馏水冲洗3次。稻壳通过酸化反应可以去除稻壳中的铁、钙、钠、钾、锰及其他杂质，从而提高二氧化硅产品白度;因此酸化反应工艺对二氧化硅的白度影响较大，需要对该工艺涉及的液料比、盐酸浓度、反应时间等条件进行优化。2)高温煅烧工艺:将滤出洗净的稻壳置于马弗炉中，在600℃温度下煅烧4h，得到白色的稻壳二氧化硅。将二氧化硅粉碎至10μm左右，用于制备牙膏。
1.3稻壳二氧化硅牙膏的制备
牙膏配制步骤:①将糖精钠、苯甲酸钠溶于去离子水，备用。②将CMC在搅拌下分散于PEG－400，然后加入山梨醇，再加入糖精钠、苯甲酸钠的水溶液，制得胶浆，搅拌均匀后备用。③在胶浆中加入K12、钛白粉、二氧化硅粉体，将粉体搅拌均匀后加入香精。④将所有物料充分搅拌均匀，然后进行真空脱气，脱气完毕即得牙膏膏体。
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1.4结构表征及性能测试
采用日本理学D-MAX2200VPC型X-射线衍射仪分析稻壳SiO2相态;采用北京光学仪器厂综合热分析仪分析材料的热失重,升温速度10℃·min-1,空气气氛;采用PhilipsXL-40型扫描电镜和JEM-2010HR型透射电镜(TEM)分析样品的形貌;采用Malvern粒度仪分析粒径;采用浙江泛泰仪器有限公司FineSorb3020型比表面测定仪测定比表面积;采用HF-H2SO4法测定SiO2纯度;测定吸水值、吸油值;采用比重法测定密度。
2结果与讨论
2.1液料比对二氧化硅白度的影响
在盐酸浓度为1．8mol/L、反应时间为4h的工艺条件下，按液料比(盐酸与稻壳的质量比)分别为4∶1、5∶1、6∶1、7∶1、8∶1，考察液料比对二氧化硅白度的影响。随着液料比的增加，二氧化硅的白度也增加;当液料比为6∶1时，白度为94．6%，此后液料比再增加，白度增加不大。因此，液料比选取6∶1是可行的。
2.2盐酸浓度对二氧化硅白度的影响
在液料比6∶1、反应时间为4h的工艺条件下，按盐酸浓度为1．2mol/L、1．4mol/L、1．6mol/L、1．8mol/L、2．0mol/L，考察盐酸浓度对二氧化硅白度的影响随着盐酸浓度的增大，二氧化硅的白度也增加;当盐酸浓度达到1．8mol/L时，白度为94．6%接近最大值。因此，盐酸浓度可确定为1．8mol/L。
2.3反应时间对二氧化硅白度的影响
在液料比6∶1、盐酸浓度为1．8mol/L的工艺条件下，按反应时间1h、2h、3h、4h、5h，考察反应时间对二氧化硅白度的影响。随着反应时间的增加，二氧化硅的白度也增加;当反应时间达到4小时时，白度为94．6%基本不再增加。因此，反应时间选取4h。
3牙膏磨擦性能测试结果
稻壳二氧化硅与通用磨擦剂 119 型二氧化硅所制牙膏的铜耗值测试稻壳二氧化硅所制牙膏的铜耗值为10.2，119型二氧化硅所制牙膏的R铜耗值为 10.5，两种牙膏的铜耗值非常接近，仅相差 0.3mg;结果表明两种牙膏的磨擦清洁性能相近，说明所制稻壳二氧化硅基本达到牙膏用二氧化硅磨擦性能的要求。
结语
稻壳通过盐酸酸化反应及高温 600℃煅烧 4 h，可制备稻壳二氧化硅，最优化的酸化反应工艺条件是:液料比为 6 ∶ 1、盐酸浓度为 1． 8 mol/L、反应时间为 4 h。稻壳二氧化硅主要理化指标白度达到 94． 6%、纯度达到 97． 8%，完全符合 QB/T2346 牙膏用二氧化硅标准的要求;应用于牙膏其磨擦铜耗值为 10． 2 mg，与牙膏通用磨擦剂 119型二氧化硅牙膏的铜耗值接近，达到牙膏用二氧化硅对磨擦性能的使用要求。稻壳作为可再生资源，从中制备牙膏用二氧化硅是可行的，符合绿色环保产业方向、市场前景广阔。但是本文稻壳酸化反应步骤会产生酸性的暗棕色废水，需要作进一步净化处理，以达到环保的排放要求。
参考文献
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论文作者:曾玉燕
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：稻壳论文; 牙膏论文; 盐酸论文; 白度论文; 磨擦论文; 浓度论文; 粉体论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;