主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 贵州大学     

基本信息

项目名称:
稻壳制备二氧化硅响应面法工艺优化
小类:
能源化工
简介:
为了提高SiO2的提取率,采用响应面法对以稻壳为原料制取SiO2酸浸时间、煅烧温度、煅烧时间三个因素进行了优化研究,建立了SiO2提取率的二次多项式数学模型,并分析模型的有效性与因子间的交互作用。
详细介绍:
实验设计采用响应面中心组合设计理论,酸浸时间(h),煅烧温度(℃)及煅烧时间(h)真实值分别采用X1,X2,X3表示,对各因子进行编码,借助Design-Expert7.0软件运用Box-Behnken实验设计方法确定最佳的提取SiO2的因素水平。并进行多元回归拟合分析,得到SiO2提取率与酸浸时间、煅烧温度、煅烧时间各因素变量的二次方程模型。根据回归方程作出响应面图和等高线图。响应面图是相应值对各实验因素所构成的三维空间曲线图,曲面越陡,表明该因素对实验结果的影响越大,相应表现为响应值变化的大小。等高线的形状可反应出交互效应的强弱,椭圆表示两因素交互作用显著,而圆形表示两因素交互作用不显著。

作品专业信息

撰写目的和基本思路

目的:稻壳利用率低且稻壳中富含SiO2,但稻壳为原料制备SiO2的工艺条件并不成熟,需要进一步探究。 思路:在正交试验基础之上,借助Design-Expert7.0软件运用Box-Benhnken中心组合实验设计方法,建立提取率与三影响因素的数学模型,同时分析两因素间是否存在交互作用,进而确定最佳的提取SiO2的因素及水平。

科学性、先进性及独特之处

科学性:原材料稻壳中含有3%~22%的SiO2,因此可以制取SiO2。 独特之处:试验通过应用软件来建立数学模型,进而深入研究各因素之间存在的关系,通过数学模型方程能较为准确的得出各因素处在何值时对SiO2提取率有最大影响,并综合确定最佳工艺条件。

应用价值和现实意义

1.节能环保,物质多级化利用 2.进一步研究其工艺过程对产品的影响 3.提升产品质量:稻壳制备SiO2能保留了原有的硅骨架,此骨架呈现多孔高表面比型,具有做纳米级SiO2的前提条件。

学术论文摘要

摘要:为了提高SiO2的提取率,采用响应面法对以稻壳为原料制取SiO2酸浸时间、煅烧温度、煅烧时间三个因素进行了优化研究,建立了SiO2提取率的二次多项式数学模型,并分析模型的有效性与因子间的交互作用。结果表明,三个因素对SiO2提取率影响大小依次为:煅烧时间>酸浸时间>煅烧温度,优化工艺条件:煅烧时间1.495h,酸浸时间36h,煅烧温度620℃,SiO2最大提取率为73.4%,在最佳工艺条件下得到实验结果与模型预测值很吻合,证明所建模型可行,对产物XRD衍射分析,表明该产物为非晶态SiO2。

获奖情况

陈龙,高枫,黄飞等.稻壳制备活性炭和二氧化硅的研究进展[J].辽宁化工,2010,39(6):631-634页

鉴定结果

经查国内外文献,鲜有应用响应面法于无机化工方面相关报道

参考文献

[1] 卫延安,朱春山,蔡春,等. 由稻壳灰制备活性炭的工艺及应用研究 [J].中国粮食学报,2003,18(6):29-31. [2] 刘厚凡,甘露,李日生,等. 稻壳制备白炭黑新工艺研究 [J].无机盐工业,2007,39(2):40-42. [3] 于欣伟,赵国鹏,徐广蕙,等. 用稻壳灰制取白炭黑工艺中提取率影响因素研究 [J].化学工程,1998,26(4):51-55.

同类课题研究水平概述

目前国内生产SiO2,主要采用气相法工艺路线,其所用原材料价格昂贵,工艺复杂,使其产品的生产成本较高。用稻壳制备SiO2,所用工艺路线简单,经济成本低,具有广阔的推广前景,所以,利用有关科学知识和技术手段来探寻提取SiO2最佳工艺条件显得尤为必要。 SiO2作为一种无机非金属材料被广泛应用于各领域,需求量大且质量要求高。针对这一情况,本着高附加值,保护环境的目的,对稻壳进行深度加工和综合利用,以探索一条利用稻壳的新的出路。 近几年,通过稻壳制备SiO2的方案备受学者关注,但这些只是停留起步阶段。根据稻壳组成,证明了其具有制备高纯纳米SiO2的条件,目前稻壳制备SiO2仅停留在单因素的研究基础上,很难分析出最佳工艺条件,而本实验通过数学模型方程,能较为准确的得出各因素处在何值时对SiO2提取率有最大影响,并综合确定最佳工艺条件。经实验检验该模型合理可靠,为稻壳制备SiO2工艺的改进提供参考方案。我们有理由相信,经过广大科学工作者的共同努力,由稻壳制备SiO2会渐趋成熟,并能实现工业放大化。
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