1. 研究目的与意义
水稻是一个纳米硅的生物制造器，水稻中的硅主要以单硅酸盐的形式从土壤中吸取，由于植物生长过程中的蒸腾作用，硅以无定形的形式沉积在蒸腾器官的末端，如叶片、茎和稻壳中。在禾本科植物中，水稻吸收硅的能力强，所以其硅含量很高。本研究从稻秸中提取硅物质，并以稻秸为原料制备纳米二氧化硅，研究稻秸表面硅元素的超微结构及化学组成，并且制备稻秸纳米二氧化硅气凝胶，同时评价其热稳定性能，为实现稻秸的综合利用提供理论基础，也为气凝胶材料制备的新来源作尝试性探索研究。
实现农作物稻秸的多层分级利用，在华北地区的农村中植物秸秆大部分被农民用来取暖、煮饭等日常生活中,将秸秆燃烧后的灰粉随意倒入环境中,这样会对大气环境造成严重的污染。这样利用稻秸制二氧化硅，充分利用了资源、保护了环境、节约了资源。同时也为新的课题提供了研究思路。
2. 国内外研究现状分析
二氧化硅气凝胶(SilicaAerogel)问世于1931年,最先由美国斯坦福大学的s.s.Kistlerl采用水玻璃作为硅源,通过溶胶一凝胶方法及超临界干燥技术制得。但是当时气凝胶的研究并未引起人们的很大兴趣。直到1966年J.B.Peri利用硅酸经一步溶胶一凝胶法,制备出二氧化硅气凝胶,使得干燥周期大大缩短,构成气凝胶的固体微粒更趋于细化,微孔分布更趋于均匀,从而使材料的密度更低,进一步推动了二氧化硅气凝胶的研究进展。1974年,Cantin等首次报道了将氧化硅气凝胶应用于cerenkov探测器。近几年来，Bansal等人用一种名为尖抱镰刀菌的真菌与秸杆反应,在室温下即发生了生物转变,使得秸杆中天然的氧化硅转化成晶体的纳米二氧化硅颗粒。并在常温下将这些半圆形的大小在2一6nm的二氧化硅颗粒过滤出来,高度晶化的颗粒被蛋白质所包覆,将颗粒在高温下锻烧可去除蛋白质并得到多孔的立方状的结构。这种室温下利用廉价农业废料进行生物转变合成纳米晶态二氧化硅颗粒的方法,实现了能量转化,开发了一种新型绿色合成路线。研究还发现作物体内的硅还存在有机态(Marshner,1986)。水稻中二氧化硅的凝胶体,积聚于水稻叶片的角质层之下,形成角一硅双重层(cuticle一silicadoublelayer)。吉田用组织化学方法研究了硅胶在水稻体内的分布,发现硅胶在谷壳中主要淀积于角质层与表皮细胞之空隙以及维管束中;叶鞘中则是表皮细胞和薄壁组织的细胞壁为主;茎中主要是在表皮细胞、厚壁组织、维管束及薄壁组织中的细胞壁;在根中则无沉积特多之处,分布较均匀。水稻难溶性硅胶或硅酸聚合体占全硅的90一99%。
1996年我国王西成、廖秋霞、陈志林、邱坚也用溶胶-凝胶法制备了木材/二氧化硅纳米复合材料，并研究了其尺寸稳定性、热降解性、力学性质等。相比于日本的研究成果，国内在溶胶-凝胶法制备上面取得了一些良好的研究成果。近年来，吉林大学化学院教授王子忱带领的课题组，从稻壳中提取纳米二氧化硅获得成功。也有吉林大学的张晓冬和杨文胜等人从水稻中提取了纳米二氧化硅,并对其形态、结构进行了研究。王子忱、刘厚凡、Tzong-HorngLiou等将稻壳用稀酸处理，然后直接在高温下燃烧，产物粉碎后便得到纳米二氧化硅；赵九蓬、崔文雷等则将燃烧得到的稻壳灰用氢氧化钠溶液处理，再将得到的硅酸钠水溶液与稀酸反应，从而制得纳米二氧化硅。目前,国内外关于植物秸秆的应用报道较多,其可用于造纸业、燃料发电、发酵制沼气,供生产墙体材料等。
3. 研究的基本内容与计划
本课题利用溶胶一凝胶方法制备纳米二氧化硅气凝胶。首先通过高温热解的方法配合高速摆振球磨机从稻秸表面提取得到纳米二氧化硅，然后再利用稻秸表面的纳米二氧化硅制备稻秸纳米二氧化硅气凝胶，利用扫描点在显微镜配合能谱仪对稻秸纳米二氧化硅气凝胶进行表面形貌观测和表面组成元素分析；最后采用差示量热扫描仪dsc和热重分析仪tg对纳米二氧化硅气凝胶的热稳定性能进行分析探讨。
研究计划：
1.查阅相关文献，了解实验的相关方法与步骤，准备实验材料。合理安排实验进度；
4. 研究创新点
本实验纳米二氧化硅的制备可以采用干法、溶胶凝胶法、金属硅酸盐法、微乳液法、超重力法等，制备的产品具有纯度高、性能好的特点，随着绿色能源和环保材料的发展，从稻秸中提取的硅物质实现稻秸的综合利用。利用稻秸材料提取纳米二氧化硅再制备气凝胶使秸秆得到了综合利用，可以进行废物再利用,且原料丰富,成本低廉,还减少了环境污染,实现了变废为宝，具有积极的社会意义和经济效益。
