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基本信息

項(xiàng)目名稱：
稻殼制備二氧化硅響應(yīng)面法工藝優(yōu)化
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
為了提高SiO2的提取率，采用響應(yīng)面法對(duì)以稻殼為原料制取SiO2酸浸時(shí)間、煅燒溫度、煅燒時(shí)間三個(gè)因素進(jìn)行了優(yōu)化研究，建立了SiO2提取率的二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型，并分析模型的有效性與因子間的交互作用。
詳細(xì)介紹：
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用響應(yīng)面中心組合設(shè)計(jì)理論，酸浸時(shí)間（h），煅燒溫度（℃）及煅燒時(shí)間（h）真實(shí)值分別采用X1，X2，X3表示，對(duì)各因子進(jìn)行編碼，借助Design-Expert7.0軟件運(yùn)用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法確定最佳的提取SiO2的因素水平。并進(jìn)行多元回歸擬合分析，得到SiO2提取率與酸浸時(shí)間、煅燒溫度、煅燒時(shí)間各因素變量的二次方程模型。根據(jù)回歸方程作出響應(yīng)面圖和等高線圖。響應(yīng)面圖是相應(yīng)值對(duì)各實(shí)驗(yàn)因素所構(gòu)成的三維空間曲線圖，曲面越陡，表明該因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響越大，相應(yīng)表現(xiàn)為響應(yīng)值變化的大小。等高線的形狀可反應(yīng)出交互效應(yīng)的強(qiáng)弱，橢圓表示兩因素交互作用顯著，而圓形表示兩因素交互作用不顯著。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的:稻殼利用率低且稻殼中富含SiO2,但稻殼為原料制備SiO2的工藝條件并不成熟，需要進(jìn)一步探究。 思路：在正交試驗(yàn)基礎(chǔ)之上，借助Design-Expert7.0軟件運(yùn)用Box-Benhnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，建立提取率與三影響因素的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)分析兩因素間是否存在交互作用，進(jìn)而確定最佳的提取SiO2的因素及水平。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

科學(xué)性:原材料稻殼中含有3%～22%的SiO2，因此可以制取SiO2。 獨(dú)特之處：試驗(yàn)通過應(yīng)用軟件來建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而深入研究各因素之間存在的關(guān)系，通過數(shù)學(xué)模型方程能較為準(zhǔn)確的得出各因素處在何值時(shí)對(duì)SiO2提取率有最大影響，并綜合確定最佳工藝條件。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

1．節(jié)能環(huán)保，物質(zhì)多級(jí)化利用 2．進(jìn)一步研究其工藝過程對(duì)產(chǎn)品的影響 3．提升產(chǎn)品質(zhì)量：稻殼制備SiO2能保留了原有的硅骨架，此骨架呈現(xiàn)多孔高表面比型，具有做納米級(jí)SiO2的前提條件。

學(xué)術(shù)論文摘要

摘要：為了提高SiO2的提取率，采用響應(yīng)面法對(duì)以稻殼為原料制取SiO2酸浸時(shí)間、煅燒溫度、煅燒時(shí)間三個(gè)因素進(jìn)行了優(yōu)化研究，建立了SiO2提取率的二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型，并分析模型的有效性與因子間的交互作用。結(jié)果表明，三個(gè)因素對(duì)SiO2提取率影響大小依次為：煅燒時(shí)間＞酸浸時(shí)間＞煅燒溫度，優(yōu)化工藝條件：煅燒時(shí)間1.495h，酸浸時(shí)間36h，煅燒溫度620℃，SiO2最大提取率為73.4%，在最佳工藝條件下得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)值很吻合，證明所建模型可行，對(duì)產(chǎn)物XRD衍射分析，表明該產(chǎn)物為非晶態(tài)SiO2。

獲獎(jiǎng)情況

陳龍,高楓,黃飛等.稻殼制備活性炭和二氧化硅的研究進(jìn)展[J].遼寧化工,2010,39(6)：631-634頁

鑒定結(jié)果

經(jīng)查國內(nèi)外文獻(xiàn)，鮮有應(yīng)用響應(yīng)面法于無機(jī)化工方面相關(guān)報(bào)道

參考文獻(xiàn)

[1] 衛(wèi)延安，朱春山，蔡春，等. 由稻殼灰制備活性炭的工藝及應(yīng)用研究 [J].中國糧食學(xué)報(bào)，2003，18(6)：29-31. [2] 劉厚凡，甘露，李日生，等. 稻殼制備白炭黑新工藝研究 [J].無機(jī)鹽工業(yè)，2007，39(2)：40-42. [3] 于欣偉，趙國鵬，徐廣蕙，等. 用稻殼灰制取白炭黑工藝中提取率影響因素研究 [J].化學(xué)工程，1998，26(4)：51-55.

同類課題研究水平概述

目前國內(nèi)生產(chǎn)SiO2，主要采用氣相法工藝路線，其所用原材料價(jià)格昂貴，工藝復(fù)雜，使其產(chǎn)品的生產(chǎn)成本較高。用稻殼制備SiO2，所用工藝路線簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)成本低，具有廣闊的推廣前景，所以，利用有關(guān)科學(xué)知識(shí)和技術(shù)手段來探尋提取SiO2最佳工藝條件顯得尤為必要。 SiO2作為一種無機(jī)非金屬材料被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，需求量大且質(zhì)量要求高。針對(duì)這一情況，本著高附加值，保護(hù)環(huán)境的目的，對(duì)稻殼進(jìn)行深度加工和綜合利用，以探索一條利用稻殼的新的出路。 近幾年，通過稻殼制備SiO2的方案?jìng)涫軐W(xué)者關(guān)注，但這些只是停留起步階段。根據(jù)稻殼組成，證明了其具有制備高純納米SiO2的條件，目前稻殼制備SiO2僅停留在單因素的研究基礎(chǔ)上，很難分析出最佳工藝條件，而本實(shí)驗(yàn)通過數(shù)學(xué)模型方程，能較為準(zhǔn)確的得出各因素處在何值時(shí)對(duì)SiO2提取率有最大影響，并綜合確定最佳工藝條件。經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)該模型合理可靠，為稻殼制備SiO2工藝的改進(jìn)提供參考方案。我們有理由相信，經(jīng)過廣大科學(xué)工作者的共同努力，由稻殼制備SiO2會(huì)漸趨成熟，并能實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大化。
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