一种具有摩擦清洁性能的甘蔗二氧化硅及其制备方法与流程

本发明属于二氧化硅，具体涉及一种具有摩擦清洁性能的甘蔗二氧化硅及其制备方法。

背景技术：

1、二氧化硅（silicon dioxide）是地球上最常见的化合物之一，也是地壳中最丰富的矿物质成分之一。它是硅和氧元素组成的氧化物，具有多种结晶形式和非结晶形态，广泛存在于自然界中。晶体结构：二氧化硅以空间网状结构存在，最典型的结晶形式是石英，包括α-石英、β-石英和鳞石英等变体。石英晶体属于原子晶体，每个硅原子通过共价键与四个氧原子相连，形成四面体结构，这些四面体再通过共享顶点的方式相互连接，构成连续的三维网络。非结晶形态：无定形二氧化硅如硅藻土，其结构不具备长程有序性，但依然保留短程的硅氧四面体结构。

2、二氧化硅是地壳的主要组成成分之一，占地壳总质量的近26.3%，广泛存在于各种岩石（如花岗岩、砂岩）、土壤和沙滩的沙粒中。矿产形式：二氧化硅以其不同形态出现在许多矿物中，例如石英（包括水晶、烟水晶、紫水晶等）、方石英、燧石、玛瑙、碧玉等。硬度：二氧化硅硬度大，石英的摩氏硬度为7，属于硬质矿物。熔沸点：熔点和沸点较高，石英的熔点约为1713℃，高温下可转变为石英玻璃或其他硅酸盐。光学性质：透明或半透明，纯净的石英晶体具有优良的光学性能，被用于制造光学仪器。溶解性：不溶于水和其他大部分酸，但能与氢氟酸反应生成四氟化硅和水，同时也可与热浓磷酸以及熔融碱类反应。稳定性：二氧化硅化学性质相对稳定，在常态下不易与其他物质发生反应。工业应用中的反应：在高温下可与碱性氧化物反应生成硅酸盐，这是陶瓷和玻璃制造中的重要反应。建筑材料：用于制造玻璃、水泥、砖瓦等建筑材料。电子行业：高纯度的硅是半导体产业的基础，用于制造集成电路、晶体管和太阳能电池。化工行业：用于制备水玻璃（硅酸钠溶液）、硅胶干燥剂等。环保与农业：作为土壤改良剂、肥料添加剂等。其他用途：在化妆品、牙膏、食品加工等行业中用作抗结剂或填充剂；在冶金工业中作为炼铁原料；在环保技术中用于废水处理；在矿业中作为选矿药剂等。二氧化硅因其广泛的分布、独特的物理化学性质和多样化的用途，在众多领域中发挥着重要作用。

3、二氧化硅在摩擦清洁领域的应用主要体现在以下几个方面：研磨清洁剂：二氧化硅由于其硬度适中且耐磨性强，常被用作研磨剂添加到各种清洁产品中，例如牙膏、抛光剂、去污剂等。在牙膏中，适量的二氧化硅颗粒可以有效去除牙齿表面的污渍，而在工业清洁剂中，则可以用来清除金属、陶瓷、玻璃等表面的锈蚀、氧化层和其他顽固污渍。抛光介质：二氧化硅微珠或粉末被广泛用于精密零件和珠宝首饰的抛光工艺中，利用其细微且均匀的颗粒在摩擦过程中可以达到精细抛光的效果，同时又不至于损伤材质表面。清洁工具：在一些清洁工具的设计中，如海绵擦、抛光布、魔术擦等，也会掺入二氧化硅粒子来增强清洁能力和耐用性。这些工具在擦拭物体表面时，二氧化硅颗粒有助于刮除顽固污渍，提高清洁效率。个人护理品：在某些身体或面部去角质产品中，也可以发现二氧化硅微粒的存在。它们作为物理去角质剂，在摩擦过程中能帮助剥离死皮细胞，清洁皮肤，促进新细胞更新。工业清洁刷和垫片：一些高级的清洁刷和清洁垫片中也采用含二氧化硅的复合材料，这种材料在摩擦清洁时既能高效地去除污垢，又有较好的耐久性和自润滑特性，避免过度磨损设备或清洁对象表面。

4、二氧化硅作为牙膏摩擦剂时，是无定形二氧化硅，具有一定的比表面积。目前牙膏用二氧化硅通过硅酸钠与硫酸中和反应制备，其中硅酸钠通过石英砂与纯碱于1400℃高温窑炉煅烧而成。因此，二氧化硅来源与石英矿，并且通过高能耗高污染的窑炉煅烧，对环境造成一定的危害，原料为不可再生资源。广西壮族自治区是全国甘蔗产业集中地，甘蔗榨糖后的甘蔗渣用于焚烧锅炉发电和制备蒸汽。焚烧后的甘蔗渣灰用于回填耕地，甘蔗渣灰中含有40~50%的无定形二氧化硅，直接回填导致资源利用率降低。甘蔗渣灰属于生物质来源，是可再生资源，其中的二氧化硅为无定形，提取过程能耗低，无污染，对环境友好。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有摩擦清洁性能的甘蔗二氧化硅及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种具有摩擦清洁性能的甘蔗二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）收集甘蔗渣，去除水分、筛选杂质，发酵温度为40-45℃，发酵时间为25-30天，得到发酵甘蔗渣；

5、（2）将发酵甘蔗渣在蒸汽爆破器中进行蒸汽爆破处理，得到爆破处理的甘蔗渣 ；

6、（3）将爆破处理的甘蔗渣加热至600-700℃，保温1-2h，磨粉至60-100目，得到甘蔗渣灰；

7、（4）将质量比1：7-10的甘蔗渣灰与盐酸或硫酸溶液混合，于20-35℃下搅拌20-24h，过滤得到甘蔗渣灰滤饼；

8、（5）将质量比1：6~8的甘蔗渣灰滤饼与氢氧化钠溶液混合，加热至100℃搅拌2~3h，过滤得到硅酸钠溶液；

9、（6）反应罐以所述硅酸钠溶液为底液，将质量比1：50~55的次氯酸钠与硅酸钠溶液混合，搅拌1~1.5h，得到混合液；

10、（7）上述混合液升温至70~85℃，加入硫酸，控制反应时间为1~1.5h，调节ph为4.0~4.5，陈化30min，干燥，洗涤，破碎，得到具有摩擦清洁性能的甘蔗二氧化硅。

11、进一步地，硅酸钠溶液和硫酸的体积比为6-8：1。

12、进一步地，所述步骤（6）次氯酸钠与硅酸钠溶液质量比为1：50~55。

13、进一步地，所述步骤（6）次氯酸钠质量浓度为3-8%。

14、进一步地，质量比1：7-10的甘蔗渣灰与盐酸或硫酸溶液混合。

15、进一步地，所述步骤（7）反应温度为70~85℃。

16、进一步地，步骤（2）中蒸汽爆破的蒸汽压力为2-2.5mpa，维持压力时间为4-10min。

17、进一步地，氢氧化钠溶液浓度为1~3mol/l。

18、本发明提供了所述制备方法制得的具有摩擦清洁性能的甘蔗二氧化硅。所述甘蔗二氧化硅的相对牙本质摩擦值为120～220；粒子电荷比为90～110；铜耗值为2～10mg；比表面积为20～100m2/g；铁含量小于等于150ppm。

19、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：本发明提供了具有摩擦清洁性能的甘蔗二氧化硅的制备方法，利用废弃物甘蔗渣为原料生产二氧化硅，解决了甘蔗渣灰的绿色处理问题，同时提供了高性能的二氧化硅，对于环境保护具有极高的价值，同时极大降低了生产成本。本发明将甘蔗渣进行发酵和蒸气爆破处理，以便更好地提升后续步骤除杂的效果以及改善二氧化硅的性能。本发明采用盐酸或者硫酸对甘蔗渣灰进行酸泡，使得甘蔗渣灰中大部分的硅酸盐转化为二氧化硅，并且除去金属杂质，达到提高二氧化硅产量及纯度的效果。本发明采用次氯酸钠对硅酸钠溶液进行漂白，解决甘蔗渣灰制备二氧化硅白度偏低的问题，再经过加热，次氯酸钠热分解成氯化钠，氯化钠作为电解质，可以通过空间位阻作用，使得合成的二氧化硅更加致密结实，降低比表面积，从而提高磨擦清洁力。