可溶性生物來源二氧化矽及其應用的製作方法

2023-07-16 06:25:31

專利名稱：可溶性生物來源二氧化矽及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及可溶性生物來源二氧化矽及其應用。
背景技術：
工業和礦區活動、發電廠、廢物管理中心等總是產生攜帶化學汙染物的廢料。這些汙染物不可避免地釋放到環境中，從而汙染附近的土壤、沉積物、淤泥、水和/或空氣。由於許多汙染物有毒，進行了許多去除或封裝汙染介質的嘗試。去除本身僅僅是移除汙染介質，因而是將汙染物轉移到另一位置，而有毒汙染物仍保留在去除的介質中。封裝昂貴，並且不是長期解決辦法，因為在封裝介質中的汙染物會隨時間流入環境。
目前，大家逐漸意識到汙染材料對環境和我們的食物是潛在的危險。例如，通過儲存罐洩漏或之前將危險材料丟棄在地上和使用不可生物降解的農藥，危險材料和化學品的溢出可汙染土壤。在其它例子中，港口清淤的沉積物和淤泥，如水處理或汙水純化淤泥，可含有可能是無機物如重金屬和/或有機物如焦油等物質的汙染物。
在封裝或固定工藝的處理中，汙染土壤與有機粘合劑(通常是基於水泥的材料)混合。土壤和其中含有的汙染物由水泥有效封裝。然後，得到的混合物固化並硬化成石塊樣最終產物。通常獲得硬化的最終產物所必需的水泥石料粘合劑的量是汙染土壤重量的50％-100％。常常必需將各種添加劑加入粘合劑以提高粘合劑效能。此固化材料通常丟棄在垃圾填埋地點，儘管它偶爾可用於建築填料。
所述封裝或固定工藝自1970年代開始使用，人們相信，一旦結合在水泥材料中，汙染物不可能浸出進入周圍環境。此想法基於各種方法的測試結果如硬化材料的碾碎和未碾碎樣品的酸和水浸出。近期研究顯示，此想法不正確，在許多年後，有毒汙染物將浸出水泥粘合劑。因此，除了不得不將固化土壤或其它材料運輸到垃圾填埋地點效率低以外，目前看來這種固化工藝不提供對汙染土壤的長期解決方案。
本申請人意識到大量有機廢料含有高百分比的二氧化矽，並進行了可利用有機材料中的二氧化矽的應用的實驗。意外的是，本申請人發現可使從這些有機材料獲得的二氧化矽(生物來源二氧化矽)可溶，這些二氧化矽會與汙染介質中的許多汙染物反應。令人驚訝的是，可溶性生物來源二氧化矽還具有出色的阻燃性並是基本純淨的。用可溶性生物來源二氧化矽處理的粘質土具有一些適合於不同應用的優良特性。
發明目的本發明的目的是提供可溶性生物來源二氧化矽。
本發明的另一目的是提供處理被汙染物汙染的材料的方法。
本發明的另一目的是提供挽救(remediating)被汙染物汙染的土壤的方法。
本發明的又一目的是提供處理被汙染物汙染的材料的方法，其中可將該汙染物化學改變為生態學上惰性的化合物，以使處理的材料可通過適當的規定標準。
本發明的又一目的是提供挽救汙染土壤的方法，其中處理的土壤具有土樣或易碎的一致性，其中處理的土壤可留在「原位」，這減輕了將處理的土壤移到垃圾填埋地點或類似地點的需要。
本發明的又一目的是提供用可溶性生物來源二氧化矽處理粘質土的方法。
發明概述在第一個方面，本發明涉及製備生物來源二氧化矽的方法，該方法包括a)在最高達1200℃的溫度下焚燒攜帶二氧化矽的有機原料，使焚化的二氧化矽有機原料冷卻；b)將焚化並冷卻的攜帶二氧化矽的有機原料加入預加熱到最高達約65℃的鹼溶液，或者鹼溶液與加入的有機原料一起加熱到最高達約65℃的溫度，鹼溶液包含在容器中，pH最高達14；c)加熱使容器中加入的有機原料和鹼溶液的溫度為100℃-至最高約300℃並保持1-4小時，從而形成來自有機原料的水性生物來源二氧化矽和不溶性雜質；和d)從該容器提取水性生物來源二氧化矽。
本發明優選還包括以下步驟e)將提取的水性生物來源二氧化矽固化成固體形式。
攜帶二氧化矽的有機原料可選自稻殼、小麥殼和二氧化矽含量較高的草本中的一種或其中兩種或多種的組合。所述草本包括異株蕁麻(urtica dioca)(小蕁麻)和木賊(Equisetum)(馬尾)。
攜帶二氧化矽的有機原料一般是稻殼。
加入的攜帶二氧化矽的有機原料可佔2-22重量％，鹼溶液佔3-8重量％(以氫氧化物重量計)，水佔70-95重量％。氫氧化物可選自氫氧化鈉、氫氧化鋰、氫氧化鉀、氫氧化銣、氫氧化銫和氫氧化鍅。在一個實施例中，加入的攜帶二氧化矽的有機原料約為320g焚化稻殼，鹼溶液是160g氫氧化物和3升水。
優選對該容器加壓，以便在相對高的壓力下加熱。在一種形式中，該容器頂端開口，開口上蓋有具有用於釋放容器中過高壓力的減壓閥的可鎖閉蓋。
優選在最高達700℃的溫度下焚燒攜帶二氧化矽的有機原料，以形成可溶性無定形二氧化矽，因而提取的水性生物來源二氧化矽是無定形的。也可在700℃-1200℃的溫度下焚燒攜帶二氧化矽的有機原料，形成可溶性結晶二氧化矽，因而提取的水性生物來源二氧化矽是晶體。
在第二個方面，本發明涉及根據上述方法產生的水性無定形生物來源二氧化矽。
在第三個方面，本發明涉及根據上述方法產生的固體無定形生物來源二氧化矽。
在第四個方面，本發明涉及根據上述方法產生的結晶的水性生物來源二氧化矽。
在第五個方面，本發明涉及根據上述方法產生的結晶的固體生物來源二氧化矽。
在第六個方面，本發明涉及挽救含有無機和/或有機汙染物的介質的方法，該方法包括將介質與含有根據上述方法獲得的水性或固體生物來源二氧化矽的基質(matrix)產生劑相接觸，加入基質產生劑是為了在介質中產生矽酸鹽基質，該矩陣具有多個用於連接汙染物的反應活性位點。
優選將介質與基質產生劑混合，並且在足夠高的溫度加熱得到的混合物足夠長的時間，以在所述混合物內產生乾酪根(kerogenic)化合物。
這種乾酪根樣或乾酪根結構是無特定順序的大有機地質聚合物(organic geo-polymer)。乾酪根化合物具有不規則結構，包括脂族和芳族組分。因為此結構，乾酪根能夠將較小的有機和無機分子包裹到其中。發生在基質中反應性位點上的縮聚反應形成乾酪根化合物，然後，乾酪根化學連接到基質。乾酪根通常不溶於水和大多數有機溶劑，因此，它們的形成是挽救汙染介質的高度有效的方法。
有機汙染物包括P.C.B.、聚芳族烴、殺蟲劑、除草劑、殺昆蟲劑和相關化合物、滷化溶劑、呋喃、揮發性烴如苯、甲苯、二甲苯和其它常見的有機汙染物。待處理介質也可被無機汙染物汙染，所述無機汙染物包括重金屬如鉛、鎘、汞、鉻、釩以及放射性元素如鈾、鍶、釷和其它錒系元素和含有放射性元素如放射性碘的物質。
用本發明方法挽救的介質如土壤、沉積物、淤泥、水、空氣和其它相似材料通常滿足規定標準，常常分類為無毒性的。因此，本發明提供用廢棄的有機原料(再生資源)處理汙染的介質的實際和經濟的方法。
本發明方法導致處理介質發生化學重構或重排。如前所述，本發明方法(自生地)產生具有膠體結構的二氧化矽基質。這種催化富集的矽酸鹽結構具有大量反應性孔隙和通道，產生具有高孔隙率的基質。該基質具有適合於使汙染物成為無害形式的多個催化反應活性位點。這些位點在物理上和化學上都有活性。在基質中，存在各種反應機理，包括氫鍵結合、配位絡合、路易斯酸/鍵形成、共價鍵結合、P.pi至D.pi結合。這些機理將有機汙染物分解成對環境無害的形式。對於被有機汙染物或有機和無機汙染物混合物汙染的材料，相信本發明的反應步驟如下。自由基產生者攻擊有機汙染物，形成有機自由基化合物。然後，這些有機自由基通過聚合型反應結合形成長鏈化合物。然後，這些長鏈化合物通過縮聚反應結合形成乾酪根和/或乾酪根樣化合物。起初，無機汙染物如重金屬被加入產生的基質中，隨後可用作次級催化材料，進一步作為反應性位點。然後使這些無機汙染物礦化成無反應性不可浸出的狀態。
獲得的水性和固體的生物來源二氧化矽、液晶基質是具有高度反應性的天然物質，這意味著它連接於多種其它反應元素以形成穩定化合物，並促進與之前的無反應性元素發生化學相互作用，有效降低許多和不同的有益反應的閾值能量。
催化富集的矽酸鹽結構連接於作為土壤/介質中不穩定的有毒汙染物原子的反應自由基產生劑。產生的分子間鍵非常強並穩定，使汙染物不可能進入食物鏈和植物攝取。因此，清潔了汙染的介質如土壤，用於安全的食物生產。
在第七個方面，本發明涉及用如上所述獲得的生物來源的水性二氧化矽處理建築材料或建築物(fabric)。處理的建築材料或建築物具有基本良好的阻燃性以及防止白蟻的特性。
二氧化矽的常見形式通常是不可溶的。本方法所述水性和固體的生物來源二氧化矽獲自有機原料，尤其是相對於存在高比例二氧化矽的物質。在原材料輸入形式中，二氧化矽完全不可溶，進行所述方法後，大部分二氧化矽變成水性的。水性形式的二氧化矽的反應性極高，具有其它反應元件可連接的許多反應性連接位點。此化學鍵連接能夠通過將汙染物從反應性狀態改變為穩定的非反應狀態而從環境中去除有害汙染物，從而解決許多環境汙染問題。這些二氧化矽反應性位點存在於二氧化矽結構內部和外部，以連接3維連結體，大大提高元素鍵合效率。在這些外部鍵合機理中催化劑可以是氧、氫、氫氧化物、靶元素或添加的共沉澱劑如鐵、粉煤灰、水泥粉塵、氯化鈷、粘土、鈣鹽和鋁鹽。這些催化劑提高了基質間和基質內鍵合速率。
目前，可溶性二氧化矽衍生自礦物原料。產生基於可溶性礦物質的二氧化矽的原材料的例子是高嶺土、橄欖石、雲母、沙石和其它礦物基形式。在這些礦物形式中，有各種其它元素如鐵、錳、鎂、鋁、鈉、鈣和鈦。通常，二氧化矽SiO2佔全部組分的50-60％。然而，礦物質的剩餘部分連接於二氧化矽反應性位點，從而降低了提取大部分游離的可溶性二氧化矽的能力。佔據這些二氧化矽反應性位點的主要是鋁、鐵、鎂和鈣。這使二氧化矽的礦物形式在化學鍵合應用中不具商業價值。
如果在本發明方法中利用二氧化矽的有機形式，沒有或很少出現上述礦物組合物佔據反應性位點而阻斷反應性位點的情況。如果利用焚化的有機原料如稻殼或小麥殼，此方法的原材料所含的二氧化矽比例約為92％SiO2，其它礦物質共約3％。
完成後，該方法產生含水的二氧化矽，它幾乎全部有反應活性，反應性位點接近100％，能夠連接於靶向工業/商業應用的元素。與目前可用的礦物形式相比，生物來源的水性二氧化矽結構中的反應性位點或連接位點大大增加。而且，通過催化和共沉澱鍵合形成的分子間鍵和分子內鍵呈指數級快速形成，這使得該產物在商業上很有吸引力並且是環境友好的。
可以將生物來源的水性二氧化矽比作住宅平頂的磚塊。可溶性二氧化矽的礦物形式具有高佔用率，因此僅有幾個空位來鎖定元素。如上所述水性二氧化矽的有機形式具有高水平的空位，使得可以鎖定許多元素。
然而，此類比不足以描述基質效應。在這些構件以外也有反應性位點。礦物平面具有少量弱作用力(weakly attractive)的位點，不能在構件之間形成穩定的聯鎖基質。各種元素是形成這些構件間連接的關鍵因素。有機平面具有大量很吸引人的位點，在構件間呈指數級形成穩定的聯鎖和鎖內基質。
生物來源的固體和水性二氧化矽的應用的例子是·可以氣相、液相和固相使用·可用於將放射性物質從溶液中移除到可丟棄或再利用的沉澱中。
·將重金屬從反應性改變為非反應性、不可浸出狀態。
·可將生物來源的固體和水性二氧化矽以0.1∶100至最高達1∶1的比率加入廢液流中以將鋅、鉛、鎘、砷、鉻、氰化物、釩、錳、汞、金、銅、鎳、鐵等從反應性改變為穩定的非反應性狀態。pH範圍0-14用於使功效最大，這取決於廢液流組分。
·去除廢油中的金屬、淤泥和水，以降低回收者再生/加工的成本。將生物來源的固體或含水二氧化矽加入容器中並振蕩，在容器中加入比率為1∶100至最高達1∶2的生物來源的固體或水性二氧化矽以及廢油並攪拌。根據單獨的廢液流將pH預先調整為2-4，儘管pH8-10也有效。反應通常在10分鐘內完成，儘管可能需要24小時的沉澱時間。在這個階段，產生了一層富含金屬的淤泥形式、一層清潔的水和一薄層油，水流入下水道，油部分可加工再用。對於回收者來說，這是巨大的成本節約，並且丟棄的是較清潔的廢液。
·施用於木頭的固體或水性生物來源二氧化矽使木材具有阻燃性。此溶液的絕熱性使其成為用於油漆製造和木材處理的高度有效的阻燃材料。
·可從礦體和溶液中再生貴金屬如金。這最大程度降低環境危害和伴隨礦物加工的高能耗，而成本效率很高。
·這種二氧化矽的最純形式是改進半導體/計算機元件工業所必需的。生物來源的固體或水性二氧化矽的這種純形式對它在提高處理速度和減小矽晶片尺寸中的作用是至關重要的。這與納米技術的新紀元尤其相關。二氧化矽的現有形式具有礦物雜質，不允許施加5伏以上電源，因此這些礦物雜質如鋁漏電並引起故障。如果用純淨形式的二氧化矽，就可以施加大得多的電壓以使處理速度加快並可構建較小的晶片。可改進現有的「碳管」和「巴基球(bucky ball)」，使其容量至少為100倍。此應用對量子點的新紀元很關鍵，具有龐大分枝。
·應用於肥料以增強植物細胞強度和彈性。這使植物莖變得更強壯，果實和蔬菜皮更堅韌，使產量較高的植物維持產量荷載而不倒伏，莖更有彈性，並且由於更強韌的外皮而延長產品保存期。生物來源的固體或水性二氧化矽的反應性使肥料中和植物內的胺基酸、多肽和蛋白質形成更快，用作催化劑以提高植物反應。推薦在根區應用至多10ppm。而且，生物來源的固體或水性二氧化矽將鎖住營養物並使營養物不能為植物所用。
·人攝取或注射生物來源的固體或水性二氧化矽或用生物來源的固體或水性二氧化矽處理的植物將在核醫學處理後、在戰爭或核事故中放射性汙染後從身體中去除放射性物質。
·通過攝入/注射生物來源的固體或水性二氧化矽對人類健康的影響包括·從腦表面去除重金屬如鋅和鋁，預防阿爾茨海默病發病·重要的骨和牙鈣化·修復骨、腱和韌帶損傷所必需
·維持老年人的正常骨結構·預防動脈硬化(artherosclosis)和背部椎間盤退化·預防蛀牙·維持外皮彈性·維持毛髮和指甲健康在第八個方面，本發明涉及粘質土方法，該方法包括將根據上述方法獲得的含水或固體的生物來源二氧化矽加入大量粘質土，二氧化矽與粘質土的重量比為0.2％-2％。
附圖簡要說明為了使本發明更易於理解和實施，本說明書下面開始闡述說明本發明非限制性實施方式的附圖，其中

圖1是獲得本發明水性生物來源二氧化矽的工藝的示意圖；圖2顯示了根據圖1所示工藝獲得的無定形水性生物來源二氧化矽的化學結構；圖3是根據圖1所示工藝獲得的結晶的水性生物來源二氧化矽的化學結構；圖4-9顯示了結晶的水性生物來源二氧化矽的化學結構；圖10是SOLSIL和100-1200cm-1範圍的矽酸鈉樣品的譜圖；圖11是H2O、矽酸鈉溶液(sol)和SOLSIL的四種不同製劑的FTR-IR譜；圖12顯示了表示SOLSIL(1∶10稀釋，pH12.8)處理後水相中物質的分數的兩幅柱形圖；圖13是在pH12.8與pH10.0進行SOLSIL處理後在水相中保留的圖；圖14顯示固相-水相分離期間的物質脫附與剩餘水分；和圖15是顯示Fe、Ra、U和Zn的水相保留和缺失後測定的水相pH與SOLSIL的函數的圖。
附圖詳述參見附圖，首先是圖1，圖中顯示容器10具有主體11，該主體具有開口頂端和覆蓋在開口頂端上的可移除蓋12。蓋12具有用於在容器10中壓力超過預定水平時釋放其中壓力的減壓閥14。提供鎖閉組件16以在容器10使用時將蓋12鎖閉在適當的位置。
在本發明方法中，將pH高達14的苛性鹼溶液傾入容器10並預加熱至約60℃。苛性鹼溶液可包含鈉、鋰、鉀、銣、銫、鍅中任何一種或多種的氫氧化物。在此實施方式中，採用pH14的氫氧化鈉。將焚化稻殼灰加入熱苛性鹼溶液，在封閉容器10中將其加熱到沸點溫度1-2小時。溫度可以是100℃-300℃，持續1-4小時。在此實施方式中，苛性鹼溶液佔5重量％，焚化稻殼灰佔10重量％，水佔85重量％。各成分的比率也可約為160gNaOH(或其它氫氧化物)、320g稻殼灰、3升水。
本方法的這個實施方式產生2％不溶解泥漿和98％不透明的水性生物來源二氧化矽液體，pH約為13.5。
此方法可產生兩種類型的可溶性二氧化矽。在低於700℃的溫度下焚燒稻殼灰形成無定形形式的水性生物來源二氧化矽。無定形稻殼灰的理想形式的碳含量為2％-8％。在700℃-1000℃的溫度下焚燒稻殼形成結晶形式的水性生物來源二氧化矽，一般稱為白矽石(crystobolite)，其中不存在碳。在1200℃左右焚燒，稻殼灰轉變為玻璃並且其溶解性對加工無效。
通過上述方法獲得的無定形的水性生物來源二氧化矽含有二氧化矽膠體，長鏈聚合物中的二氧化矽與佔據一些外部和內部連接位點的乙醇(ethol)C2H5分子、鈉、氫和氫氧化物形成了所述二氧化矽膠體的基本結構，如圖2所示。無定形的水性生物來源二氧化矽的膠粒尺寸約為1-100微米，大多數在10微米範圍左右。
通過此方法溶解時，結晶稻殼灰具有與無定形形式不同的、在許多情況下是優選的特徵。結晶的水性生物來源二氧化矽也是無雜質如乙醇鏈的二氧化矽膠體，該膠體的結構較簡單且較小，如圖3所示。
結晶的水性生物來源二氧化矽的膠粒尺寸為10微米-10納米，大多數膠粒尺寸在1微米左右。無定形的含水生物來源二氧化矽的較小顆粒(膠粒)尺寸的表面積大於較大膠粒尺寸的表面積。這使更多連接位點可用於以化學鍵連接(吸附)其它元素(如重金屬)。由於結晶的水性生物來源二氧化矽幾乎是純的，沒有有機(乙醇)分子，它也具有更多可用於鎖閉基質的連接位點。因此，水性生物來源二氧化矽的結晶形式與無定形形式相比·更純，沒有(很少)有機幹擾；·膠粒尺寸更小。
這產生更有效的化學鍵連接劑，它產生·與其它元素更穩定(更強)地鍵連接，不大可能從固相回到液相；·產生所需結果所需的產物體積更小；·有效的pH範圍更寬；
·絕熱性更高，阻燃性提高。
無定形形式和結晶形式的水性生物來源二氧化矽與矽酸鈉或水玻璃沒有相似之處。
本申請人在許多應用中測試了生物來源二氧化矽。試驗報告確認，根據本發明方法獲得的生物來源二氧化矽對許多種物質具有高度反應性。在此報告中，生物來源二氧化矽稱為SOLSIL(即由本發明方法獲得的含水生物來源二氧化矽的商品名)。
為了完整，以下闡述該報告SOLSIL試驗研究SOLSIL是為了確定使用它是否可靠和成本效率是否高。研究了兩種形式，附件1，來自QUT的報告指出我們有兩種不同產物。第一種是無定形基SOLA，第二種是結晶SOL C1.作為我們的有毒和重金屬廢棄物的固定劑·砷·鉻·鎘·鎳2.作為用於我們的廢水處理工藝的製劑3.其它應用1.起初，發現SOLSIL在砷的固定過程中有益處。砷存在的主要形式有兩種-As2O5和As2O3。進一步的研究證明，SOL A對As+5具有高度選擇性，但起初對As+3的選擇性非常小。進一步試驗證明，pH和鐵共沉澱是結合As+3(注1)中的關鍵。對兩種形式定量未知的「真正的」廢液樣品的試驗沒有順利地進行TCLP試驗。最近發現，「真正的」試驗的結果應提高。
用鉻廢液進行的試驗也證明選擇性因鉻-Cr+3或Cr+6的氧化態和SOLSIL形式而改變。在pH2-6.5觀察到SOL C對Cr+3的高親和力，然後帶有弱酸的顯著量的鉻浸出凝膠。SOL A在鹼性區的操作pH範圍更窄，並且可浸出性更小(注2)。對於液體形式的鉻廢料而言，這些結果是令人鼓舞的。
採用Cr+6廢液時，兩種形式的SOLSIL都顯示出親和力明顯較低。發現氧化態很關鍵。對於SOLSIL來說，+6形式不是活性形式。可用還原劑(即偏硫酸氫鈉)改變氧化態。用K2Cr2O7鹽(Cr+6)和不同體積的還原劑進行的TCLP試驗產生的結果是起始濃度為11,500ppm Cr，SOL C處理後低至23ppm，SOL A處理後為37ppm。需要在此領域進行更多工作，尤其是將Cr+6完全轉化為Cr+3。
用SOL C以4∶1處理含有高水平鎳、鎘和鋅廢料的廢液，結果如下。Ni從4820至2590ppm，Cd2350至164ppm，Zn315至3.2ppm。鎳的結果最差，需要進一步研究來優化條件。
2.鋅試驗包括將1％和0.1％的SOL A加入通常監測鋅水平的日常廢水中。一般觀察到，簡單地通過加入1％SOL A、混合和過濾就能容易地去除水平高達2ppm的鋅。採用0.1％SOLSIL將該水平降低到0.5ppm或更低。SOL C說明它更有效(注3)。對於標準室內廢水處理而言，加入0.1％SOL A，觀察是否可見提高並定量。這對一般的濾餅形成不利，對即將排入下水道的水中溶解的金屬有不良影響。(表1)表1的結果顯示，SOL A可從管道和襯裡槽洗脫(strip off)中的離子。這也由排入下水道之前水的pH意外降低說明。附件2是田納西州大學(University of Tennessee)，諾克斯維爾，TN_美國水廠聯合會研究基金會討論矽酸鈉的應用(SOLSIL的變體，價格超過$70/半升)的摘要。
3.SOLSIL具有良好的阻燃性。將木屑、頭部(pate)和聚氨酯泡沫浸入SOL A和SOL C中，並使其乾燥。焰源指向耐燃燒性明顯優於未處理材料的材料。需要進行進一步工作以得到工業處理形式的SOLSIL。試驗了耐白蟻性，得到了一些令人鼓舞的結果。自然資源部正在進行正式試驗，應該可以在二月下旬獲得(結果)。
關於SOLSIL相關產品的農業應用，聯繫了Tibor de jong，他表示出對組織野外試驗的興趣。
SOLSIL的特性和化學性質應該看它對水泥特性的改變，如增加的強度和防水性。
注1所用廢液類型是三氧化二砷(純度97％)。試驗了約1340ppm的溶液，發現pH6.14對於兩種形式的SOLSIL都是最優的，而(SOL C)結合100％砷，用(SOL A)結合量較少(6.8mg/L浸出)。比例是1份SOLSIL比4份砷溶液。
用一種高氟化物砷酸鹽殺蟲劑Nopalmate進行試驗，起初試驗證明難以用室內方法處理，而用(SOL C)形式獲得了令人鼓舞的結果，將As水平從2500ppm降低到約25ppm。
注2起初Cr+3濃度為14,600ppm，用(SOL C)保留了高達99.9％，然後沉澱浸出物到低至20ppm。(SOL A)起初保留的較少，但後來浸出的少，為2.8ppm。
注3例如廢水中Zn水平為9.9ppm(ICP)，0.1％(SOL A)將該水平降低到0.12ppm，0.1％SOL C將該水平降低到0.07ppm。
表1

注A(-)指無可檢測水平。
附件1在不同SOLSIL製劑中的矽酸根離子1介紹監測SOLSIL製劑的四個樣品中二氧化矽的特性。
所用技術是ATR-IR和拉曼光譜。通過位於935(υ3)、777(υ1)、607(υ4)和448(υ2)cm-1的條帶識別溶液中SiO2(OH)22-形式的矽酸根離子。有報導認為這些條帶中的最後兩條υ2和υ4是弱條帶，而其餘的兩條是中等強度。條帶υ1和υ3對應於伸縮振動，而υ2和υ4對應於彎曲振動。雖然所有四條條帶都是拉曼活性的，但其中一些可能不是IR活性的。此外，位於約1040cm-1的條帶是聚合的矽酸根離子，而不是由theSiO2(OH)22-離子產生的。
所用例子包括SOLSIL-類晶體製劑-#444無定形製劑pH14.0-#1671∶10稀釋的無定形製劑pH 12.8-#1671∶10稀釋的製劑，pH調整為10.0-#166
水玻璃比較-#sol2結果2.1拉曼光譜結果的小結見圖10，其中相對信號強度對波數作圖。
矽酸鈉溶液(水玻璃)在1040cm-1處顯示一條帶，說明矽酸根離子在樣品中的聚合物特性。
樣品157是無定形SOLSIL的製劑，也在1040cm-1區域有一條帶，以及在925、771、601和444cm-1有條帶，這些條帶可指定為含水矽酸根離子的四種振動模式。該譜也含有許多其它條帶，說明溶液中存在其它化學物質。
樣品#167是1∶10稀釋的無定形製劑。因此，沒有預計到#167和#157譜的廣泛相似性。在樣品#167的譜中，778cm-1處的條帶可指定為矽酸根離子的υ1振動，420處的條帶可指定為矽酸根離子的υ2振動。該譜圖說明υ3和υ4條帶也存在，但信號小於背景。與樣品157相比，樣品167中的聚合物條帶信號高於矽酸根離子條帶信號。這說明無定形SOLSIL製劑的稀釋可能導致進一步聚合。對這種行為的解釋可能是由於SOLSIL稀釋，pH降低導致更多矽酸根離子質子化並聚合。
樣品166在927cm-1處有一條帶，另一條在660cm-1附近。而927cm-1處的條帶可歸因於矽酸鹽振動模式υ3，可指定為矽酸根離子的其它振動模式的其餘三條條帶丟失了。在此樣品中，矽酸根離子可能主要是由於稀釋以及用乙酸將pH調整為10.0而從溶液中丟失。在所述pH下儲存延長時間時目測觀察SOLSIL儲存液-在容器底部可出現白色殘留物支持了上述結論。
SOLSIL的類晶體製劑的樣品_樣品444精細地顯示出SiO2(OH)22-離子的存在。四條條帶位於926、772、609和451cm-1附近。它們都對應於預計的SiO2(OH)22-振動條帶。同時，與預計相符的是，條帶υ1和υ3相對強於υ2和υ4。1040cm-1條帶最弱，說明該樣品中矽酸鹽聚合很少。沒有任何其它主要條帶說明純度高。
2.2ATR-IR光譜衰減全反射理論上，一些矽酸根離子振動可能不是IR活性的；這一點和水的高IR吸收使ATR-IR(衰減全反射紅外線)光譜在鑑定矽酸鹽存在中的應用有限。
圖11中的結果是所有四種SOLSIL樣品和矽酸鈉溶液的光譜。加入水的光譜作為比較。在一個以上峰的影響下信號可能加寬的光譜部分，用傅立葉變換去卷積，在積分信號下對單個組分作圖。
儘管難以解釋，但IR光譜使我們能夠對材料進行一些分組。在900cm-1以下，光譜由水的IR吸收支配，任何有意義的去卷積都不可能。去卷積信號顯示出樣品#157和#444在920cm-1附近存在條帶。這些樣品是未稀釋的SOLSIL的無定形和類晶體製劑，該條帶可對應於υ3振動。
額外峰出現在980cm-1附近。此峰不僅在樣品#444中最強，而且在#157和#sol中明顯可見。此峰應以某種方式涉及矽酸鹽材料的存在，但現階段還沒有提供解釋。在1100cm-1處的另一峰僅在矽酸鈉溶液(#sol)中可見。
3意義發現在溶液中存在的二氧化矽是膠體。假定通過水解TEOS(四乙氧基矽烷)製備該膠體。該膠體通過吸附陽離子如K+、Na+、Cs+或相似陽離子而穩定。陰離子也適合用於穩定該膠體。光譜學使得能夠通過光散射技術看到該膠體。通過蒸發溶劑使膠體沉澱後，測量膠體上殘留的材料。但用振動光譜技術分析固體和膠體溶液。與矽酸鈉溶液進行比較。不可在矽酸鈉和水玻璃的溶液之間進行光譜比較。光譜研究顯示出膠體溶液中存在其它化學物質。這些化學物質可能是水解TEOS的副產物。
考慮了吸附重金屬的機制是通過用鹼金屬陽離子取代吸附基團1。此取代引起膠體擾動，導致其沉澱。此重金屬吸附和隨後的沉澱提供了從溶液中去除重金屬的方法。
附件2鐵和錳的去除標題鐵和錳處理的螯合(sequestering)方法摘要此報告小結了在田納西州大學進行的對用矽酸鈉和聚磷酸鈉螯合鐵和錳的研究。鐵和錳常見於地下水中，可導致飲用水中產生令人不快的顏色和混濁以及洗滌衣物和固定裝置的染色。另一通過氧化和過濾去除鐵和錳的處理技術是螯合鐵和錳。本文中，螯合指防止形成令人不快的顏色和混濁，而實際上不去除鐵和錳。一般地，加入矽酸鈉和聚磷酸鈉作為螯合劑。另一研究證明，通過幾乎同時加入矽酸鈉和氯來螯合鐵在許多情況下(at many sites)很成功。然而，有許多操作變量和水質變量會影響此螯合方法的成功。給出了採用氯和矽酸鹽的成本。pH的作用仍不確定，在一些研究中產生不一致的結果。
在野外測試了矽酸鈉和氯的螯合，在實驗室測試中研究了聚磷酸鹽螯合。在螯合高濃度錳方面，聚磷酸鹽比矽酸鹽有更好的前景。聚磷酸鹽也螯合鐵。在顏色和混濁方面，正磷酸鹽與一些聚磷酸鹽的效果幾乎一樣好，但鐵濾過性較低。據發現，流動電流可能與實驗室水的處理有效性相關。
附錄B測試SOLSIL去除所選可溶性化學物質形成自產生的固相的能力的分批實驗。
1介紹SOLSIL由QUT的Garry Nunn先生(150Fisher Road，Gympie Q4570)提供，最可能含有維持在pH約14的二氧化矽的可溶形式。
初步的試管研究證明，當與某些化學物質混合時，SOLSIL在固定時間產生固相。之後剩下的上層水相可能含有較低濃度的所述化學物質。用鹽如MnCl2、FeCl3、Cd(NO3)2、Pb(NO3)2、HgCl2、AgNO3以及硝酸釷和硝酸鈾的溶液進行這些研究。
受到初步研究的結果的鼓舞並考慮到對應用於工業廢水處理的材料有潛在需要，設計了系統研究來測定SOLSIL去除所選可溶性化學物質而從水相變為自身產生的固相的能力。
設計本研究，使其結果有助於決定是否將SOLSIL進一步開發為用於廣泛應用的產品。本研究的目的不是找到SOLSIL從特定廢料中去除個別物質的適合的優化工作條件。
所測試的化學物質包括可能存在於各種廢流和廢料處理設備中的許多不同元素的放射性同位素和穩定同位素。本研究僅限於SOLSIL的兩種稀釋製劑。
2研究的物質研究覆蓋了穩定物質和放射性物質的選擇，考慮到廢流的例子中，是可能存在於核廢水(nuclear water)儲存設備中的物質或與開採和研磨放射性礦石相關的物質。另外，一些放射性同位素的結果可用於指示它們的穩定對應物的預計行為。在大多數情況下，採用一定的濃度範圍。通過用去離子水稀釋從原料製備儲存溶液(表1)。將它們放入用酸洗滌過的容量瓶中。在許多情況下，酸化儲存溶液以保證該物質保留在溶液形式中。
除了充足的232Th，用於本研究的衰變的(aged)硝酸釷溶液也含有223Ra和223Th。分析技術允許用同位素Th和Ra獨立分析Th和Ra的行為。
表1本研究研究的物質及其濃度。來源顯示了用於製備儲存溶液的材料的來源。


*Bq(Becquerel)是放射性單位-對應於每秒發生一個核衰變。
3SOLSIL初步試管研究證明，它在較高pH下濃縮溶液中起作用。作為另一極端邊界條件，我們發現1∶200稀釋的SOLSIL與許多SOLSIL本可以與其形成固相的材料混合時，不會導致固相形成。同時，如果將pH調節到7或更低，調節後立即或儲存數天後在SOLSIL中出現固體形成。本研究中的大部分實驗在這兩個極端情況之間的中間值下進行。將提供的SOLSIL稀釋10倍(質量)。採用兩個製劑，一個在未調節的pH12.8下，另一個在調節的pH10.0下-用冰醋酸調節pH。
測試稀釋和pH調節形式的SOLSIL的另一個原因是我們認為在某些應用情況下，較高的稀釋度和更接近中性的pH可能對於材料處理是有益特徵。
4實驗詳述簡要說，分批測試包括將SOLSIL製劑與儲存溶液樣品混合，使它們相互作用數小時-最長達2天。然後的步驟是分離在混合期間產生的固相和水相，然後用合適的分析技術分析分離的水相。進行分批脫附實驗，評價物質從固相返回水相的移動。
詳細說，將等質量(放射性核素各約20g，化學物質各40g)的1∶10稀釋的SOLSIL製劑和所選物質的儲存溶液加入洗滌、酸浸泡和預稱重的120mL塑料容器中。密封容器蓋，通過2rpm轉速緩慢混合數小時以相互作用。
將混合物靜置至少12小時(圖12)。為了將相互作用期間產生的水相和固相分離，然後5000rpm離心該容器10分鐘。
在單獨的(洗滌、酸浸泡和預稱重)容器中去除水相，取稱重子樣品進行分析。固相進行稱重、乾燥和再稱重。
重複進行該測試。
為測試去除過程的穩定性，將來自上述實驗的浸漬的乾燥固體材料與去離子水混合-無SOLSIL和物質峰(specie spike)。然後進行再混合；然後分離兩相，類似於初始實驗。分析水相來評價物質脫附。
用QUT放射學實驗室的各種技術分析放射性物質(表2)。用認證的標準校準設備。用SITARS的ICP-設備進行穩定物質的化學分析。進行合適稀釋以滿足ICP系統的操作範圍。有時，需要額外稀釋來克服最可能由SOLSIL引入的Si幹擾。
用推薦的安全設備和適當的個人保護裝置進行所有實驗。
出於安全考慮(強烈放熱的反應)，我們沒有將Cr+6如鉻酸(CrO3或H2CrO4)包括在此初步研究的物質列表中。
5觀察結果最終(SOLSIL處理的)水相與初始溶液中物質量之比是SOLSIL從水相中去除該物質形成自產生的固相的能力的指標。在本報告中，所有分批實驗結果表示為此量-水相中的保留。此參數的值接近零說明完全去除；該值接近單位(unit)，則不能去除。為了直接比較，脫附也表示為移回水相的初始量的分數。
在附錄1中，以表格形式表示分批實驗的結果。當給定的物質和濃度有一個以上的有效結果時，平均這些結果以提高結果的統計真實性。附錄2是對分析和結果的進一步編輯。附錄3和4分別包含放射性核素和穩定物質分析的原始數據。光碟上提供了附錄2、3和4(未包括)。
研究了在未調節的pH12.8下十倍稀釋的SOLSIL與大多數物質相互作用期間產生的固相。在大多數情況下，SOLSIL處理後留下的水相中物質量在統計學上低於處理前的物質量(圖3)。在調節的pH10.0下稀釋的SOLSIL效率相對較低-仍發生去除，但效率通常小於在pH12.8下的處理。可通過圖13觀察到這個結果，其中將許多物質在pH12.8下的水相保留數據對在pH10.0下獲得的相應值作圖。這些值主要位於圖的右下方-確認在較低pH下保留相對較多(或去除較少)。
一旦去除固相，該物質主要保持在固相中。脫附值範圍是17％(U，100Bq)-接近零(許多物質)，平均值4％，標準差5％。用於脫附實驗的乾燥固體包含初始物質的溶質殘留。這是因為完全去除水相是不實際的，即使離心後，固體中會殘留一些水分。這可能代表更接近實際應用的情況，但是，在脫附測試期間，殘留在固相中的溶質可能會簡單地再洗回水相中。在圖14中，在兩相分離期間殘留在固體中的水分量增加。這說明，洗回可能產生顯著作用，脫附結果應作為使材料從固相上再活動出來的保守估計。
本報告中的水相結果包括基於固相的溼/幹質量比的小質量平衡校正，在不確定情況下，它們應該是足量的。
表A2穩定物質的分批實驗的分析結果


詳細說，稀釋的SOLSIL對不同物質顯示出不同程度的去除能力。例如，用稀釋的SOLSIL在pH12.8處理，能去除88％或更多的Cd，98％Mn，99％241Am和約60％Ni。在其它情況下，如60Co和Fe(100g·L-1)，去除會少得多，分別為12％和23％。總之，結果清楚地證明，有可能將SOLSIL開發為應用於需要將特定物質從水相去除並固定於固相的情況的介質。我們進行了額外實驗來測定在與主要實驗組中所用條件不同的條件下SOLSIL的有效性。例如，沒有觀察到與在主要實驗條件下研究的一些物質形成固相-這些物質包括As和Hg。用提供的濃縮SOLSIL重複這些實驗-但仍未觀察到固相。在另一實驗中，嘗試通過將冰醋酸逐漸加入混合物將pH調整到約5，但仍未引發固相形成。考慮到低濃度的純Hg和As，我們加入少量(5mL)10g·L-1Fe+++作為運載體，與混有1∶10稀釋的pH為12.8的SOLSIL的0.1g·L-1Hg和As溶液的比例為1∶8。由此產生的固相確實部分去除該物質，Hg和As濃度降低到初始值的0.78±0.12和0.47±0.07。
在另一實驗中，當加入穩定的Co++作為運載體(40mL樣品溶液中加入5mg CoCl2)時，SOLSIL去除放射性60Co的能力增強，所提供的SOLSIL用於引發固相形成。在這些處理條件下，留在水相中的量可從0.88±0.09降低到0.33±0.06。表3顯示了60Co和一些其它物質的結果，其中觀察到採用濃縮(所提供)材料時SOLSIL能力增強。
表3用所提供的SOLSIL處理所選物質的結果。包括了1∶10稀釋的SOLSIL製劑的相應值用於比較。

一個有趣的觀察結果是作為MnCl2溶液的Mn在與SOLSIL相互作用期間產生固相(並被容易地去除)，但對於KMnO4，則不能產生固相。
甚至對於同樣的物質，對於不同樣品濃度而言，保留在水相中的分數同樣存在不同。如第2部分提到，酸化儲存液以保證溶解性。基於此原因，許多情況下，當由於組分得到不同pH時，SOLSIL和儲存液發生相互作用。測定最終水相的pH，圖15中，數種不同物質水相中的分數對pH作圖。結果表明的一般趨勢為當互相作用發生在較高pH時會有更好的清除能力。一個例子是，當pH從將近0變化為將近13時，SOLSIL從溶液中清除鐵的能力從(12±7)％變化為(92±1)％。
6.結論分批試驗提供了SOLSIL能夠從溶液中清除化學物質到自身產生的固相中的證據。這種潛力能夠通過在優化的特定應用條件下工作而增強。
一旦被移至固相，物質可能主要被保留於固相中—可能產生一些再活動，可能包括從分離時固體水分中的殘留溶質的顯著分布。在這些應用中，需要活動更少，SOLSIL處理後的固體可在丟棄前再次衝洗。
在較高pH和較高濃度時，SOLSIL似乎更加有效。同樣SOLSIL-物質相互作用期間，pH會改變它的效率。
附錄1表A1放射性物質分批試驗的統計結果


注附件1中標題「含義」下關於通過水解TEOS製備SOLSIL(如通過本發明過程製備的含水的生物來源二氧化矽的商品名)的假設是不正確的。本附件中提及的SOLSIL根據本發明中方法所製備。
附錄B是關於含水的生物來源二氧化矽某些應用的大學報告。該報告確認了含水的生物來源二氧化矽可被用於挽救汙染介質。
根據本發明製備的含水的生物來源二氧化矽因而可用於從溶液和氣相中去除汙染物(重金屬、有機物和放射性物質)形成可被傾倒填埋或再利用加工的固相。也可處理汙染的土壤、水、淤泥和固體，使可溶的或可濾的部分成為不可濾的、不可溶的或不反應的狀態。
圖4展示結晶矽酸鹽的基本模型。圖5展示據此發明製備的水性生物來源二氧化矽的化學結構。如圖5可見，該結構包含大量的自由連接位點。因此，結晶的水性生物來源二氧化矽高度活潑。
圖6展示矽酸鹽中一個單獨的氧矽鍵的化學結構。結晶的水性生物來源二氧化矽中，二氧化矽元件處於圖7中所示膠體狀態。處於膠體狀態時，本發明中結晶的水性生物來源二氧化矽具有大量的活性位點和節間位點以容納其它元素。圖8展示了結晶的水性生物來源二氧化矽膠體基質的展開圖。圖9展示了結晶的水性生物來源二氧化矽的膠體間連接位點。
應用的例子如下廢料管理，水處理中利用化學鍵與反應性二氧化矽膠體結合的方法從氣、液和固相中去除可濾、可溶或反應性狀態的有毒材料。
礦藏開採(採礦)，如貴金屬和放射性物質的提煉。
生物用途如肥料，醫學用途如從人體細胞中提取重金屬和放射性物質。
從溶液中去除放射性元素並使其在土壤中穩定以防止環境汙染。
光學材料和襯裡材料。
水泥增強和防水/耐酸。
阻燃性。用可溶性二氧化矽浸溼或注射的木材、紙、泡沫(易燃材料)展現了優秀的阻燃性。
防白蟻。二氧化矽比白蟻的牙齒堅固從而防止白蟻攻擊木材。這是比銅、鉻砷處理更加經濟的替代方法。
結晶的水性生物來源二氧化矽是矽的極純狀態，所以對於電子/計算機工業中的電導體是很理想(的材料)。計算機新時代的發展需要超純態二氧化矽，這種形式也許是目前可利用的最純的礦石。
化學結合和從液態重金屬產生固相的機制等無定形和結晶的水性生物來源二氧化矽膠體具有淨正電荷或負電荷，並存在於酸或鹼的環境中。帶有相似電荷的粒子由於極性相斥，因此使矽氧烷膠體在溶液中分離。然而，當重金屬結合於這些帶電連接位點時，化學鍵勢得到滿足，所有膠體電荷(正電荷或負電荷)被消減，產生的聚合物、鹽沉澱形成固相。化學鍵合和吸附的強度足以抵抗浸出回溶液，因此解決工業和開採廢料造成的汙染。
所有重金屬(除Cr+6放射性核素外)和某些有機物(如氰化物)，通過加入可溶的無定形和結晶的水性生物來源二氧化矽從而某種程度上(至少50％)從溶液中去除並進入沉澱。在溶液中去除某些元素比其它元素更加困難。
例如當pH範圍1到12，原始濃度為10ppm時需要加入0.1％w/w可溶的結晶的水性生物來源二氧化矽從溶液中去除98％(並穩定)的鋅。在相同pH範圍時無定形的則去除82％。
當pH範圍1到10，原始濃度為2350ppm時需要加入40％w/w可溶的結晶的水性生物來源二氧化矽從溶液中去除96％的鎘。對於鎘和鎳，無定形的水性生物來源二氧化矽效率遠低於結晶水性生物來源二氧化矽。
在所有的pH範圍下，加入20％w/w結晶和無定形的水性生物來源二氧化矽能從溶液中去除100％的砷+5。
當pH5-7且原始濃度為1340ppm時需要加入20％Fe2+作為共沉澱劑和20％結晶水性生物來源二氧化矽去除100％砷+3。同樣條件下加入無定形的水性生物來源二氧化矽可去除99％砷+3。
鉻Cr+6在此過程中不穩定。
當pH6-7且原始濃度為10000ppm時，鉻Cr+3需要加入100％(1∶1)結晶水性生物來源二氧化矽去除溶液中99.7％Cr+3，然而當pH7-12時，無定形的水性生物來源二氧化矽去除溶液中99.6％Cr+3。
目前Cr+6無法工業化處理使之達到政府環境標準。然而加入還原劑如以Na(Ms)Cr+6之比為1.5-1的比例加入偏硫酸氫鈉，Cr+6可轉化為Cr+3。然後水性生物來源二氧化矽可成功將Cr+6去除並達到政府要求。
當酸性環境下如pH小於7時，加入20％結晶或無定形水性生物來源二氧化矽可去除溶液中90％汞。
放射性鈷60則需要加入惰性鈷如氯化鈷作為共沉澱劑以提高溶液中的清除率，加入10％結晶水性生物來源二氧化矽和10％氯化鈷使清除率由13％提高到78％。
從水中包括海水中去除鹽和礦物質。
粘質土可由根據本發明方法製備的二氧化矽穩定。二氧化矽在粘質土內形成結晶基質，處理過的粘質土有增強特性。粘土中加入0.2重量％到2重量％的SOLSIL使粘土能抵抗因毛細管作用造成的水/潮氣攝取。潮溼時，經由SOLSIL處理的粘土比未處理的更加乾燥。當SOLSIL處理的粘土浸入水中時，比未經處理的粘土蓄水量大50％以上。當反轉(invert)包含浸溼的未經處理粘土的容器時，至少有50％的水(脫色的)從粘土中分離；當SOLSIL處理的粘土(比未經處理的粘土含水多50％以上)反轉時，沒有水從粘土中分離。
當處理過的粘土(乾燥)立於淺水容器時，SOLSIL使粘土擁有防水性。當處理過的粘土(乾燥)浸沒水中時，SOLSIL則使粘土有改良的水保留性且處理過的粘土保持形狀。
當SOLSIL處理的粘土被水飽和時，比未處理的粘土膨脹更多。當乾燥時，處理過且飽和的粘土並不像未處理過的粘土那樣收縮和產生裂縫。當未處理過的飽和粘土乾燥時，它會收縮並形成小團塊或膠體。當處理過並飽和的粘土乾燥時，保持一致性而並未有團塊、膠體或縫隙。
結晶SOLSIL在粘土應用時比無定形SOLSIL更加有效。這可能由於結晶SOLSIL比無定形SOLSIL有更小的顆粒或膠體尺寸，因此能夠更有效的滲透粘土顆粒。
由於處理過的粘土相對防水，SOLSIL可應用於農業目的上在牧場和土地上的細菌接種。若將細菌接種體混入SOLSIL處理的粘土，造粒並乾燥，細菌成為休眠狀態並需要大量水分以「喚醒」或激活。接種的SOLSIL粘土顆粒播撒於土壤/牧場中。SOLSIL粘土的防水性防止因小雨、陣雨、露或輕微的下層土壤的水分而造成細菌浸溼，保證了當大雨、飽和土壤水分時細菌的完整性，當豆類植物需要細菌增強根瘤的固氮時，SOLSIL吸收足夠的水分使休眠細菌激活。
若細菌接種體被輕微水分激活又因缺乏明顯的大雨而乾燥，野外條件下細菌會死亡，重新接種必須在大雨發生後進行。
乾燥條件下SOLSIL粘土細菌接種於土壤/牧場的應用對於農民有很多優點。它允許農民在時間充裕時於乾燥時期(季前)接種，因為當雨季來臨時，有更多重要的事情做。如果暴雨來臨，時間會延長更久直到農民體力上能夠將設備動到潮溼土壤上，這樣就錯失至關重要的早期接種豆科植物和牧場的機會。—SOLSIL/粘土快跑能夠包被種子然後於季前播種於乾燥的土壤中(幹播種)。這樣就能攝取足夠的雨水/土壤水分以萌發種子從而提高幹播種的成功。若未處理的種子播種後有少量雨水，種子萌發。接下來的2-3周如果沒有雨水，秧苗死亡並導致收割失敗或耗時費錢的重播種。
雖然上面以本發明說明性實施例的方式進行闡述，但本領域技術人員明白可以進行許多改變和修改，而不背離如本發明權利要求書中所列的本發明寬泛界線和範圍。
權利要求
1.一種製備生物來源二氧化矽的方法，所述方法包括a)在最高達1200℃的溫度下焚燒攜帶二氧化矽的有機原料，使焚化的二氧化矽有機原料冷卻；b)將焚化並冷卻的攜帶二氧化矽的有機原料加入預加熱到溫度最高達約65℃的鹼溶液，或者鹼溶液與有機原料一起加熱到最高達約65℃的溫度，所述鹼溶液包含在容器中，pH最高達14；c)加熱使容器中加入的有機原料和鹼溶液的溫度為100℃-最高約300℃並保持1-4小時，從而形成來自有機原料的水性生物來源二氧化矽和不溶雜質；和d)從該容器提取水性生物來源二氧化矽。
2.如權利要求1所述的方法，還包括以下步驟e)將提取的水性生物來源二氧化矽固化至固體形式。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述攜帶二氧化矽的有機原料選自稻殼、小麥殼和含有高水平二氧化矽的草本或其中兩種或多種的組合。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述草本包括異株蕁麻(小蕁麻)和木賊(馬尾)。
5.如權利要求1-4中任一項所述的方法，其特徵在於，加入的攜帶二氧化矽的有機原料佔2-22重量％，鹼溶液中的氫氧化物佔3-8重量％，鹼溶液中的水佔70-95重量％。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述氫氧化物選自氫氧化鈉、氫氧化鋰、氫氧化鉀、氫氧化銣、氫氧化銫和氫氧化鍅。
7.如權利要求5或6所述的方法，其特徵在於，加入的攜帶二氧化矽的有機原料中比例是約320g的焚化稻殼、約160g氫氧化物的鹼溶液和3升水。
8.如權利要求1-7中任一項所述的方法，其特徵在於，對所述容器加壓，以便在相對高的壓力下加熱。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述容器具有頂端開口，開口上蓋有具有用於釋放容器中過高壓力的減壓閥的可鎖閉蓋。
10.如權利要求1-9中任一項所述的方法，其特徵在於，在最高達700℃的溫度下焚燒所述攜帶二氧化矽的有機原料，以形成可溶性無定形二氧化矽，因而提取的水性生物來源二氧化矽是無定形的。
11.如權利要求1-9中任一項所述的方法，其特徵在於，在700℃-1200℃的溫度下焚燒所述攜帶二氧化矽的有機原料，形成可溶性晶體二氧化矽，因而提取的水性生物來源二氧化矽是晶體。
12.一種根據權利要求10所述方法生產的無定形水性生物來源二氧化矽。
13.一種根據權利要求10所述方法生產的無定形固體生物來源二氧化矽。
14.一種根據權利要求11所述方法生產的結晶的水性生物來源二氧化矽。
15.一種根據權利要求11所述方法生產的結晶的固體生物來源二氧化矽。
16.一種挽救含有無機和/或有機汙染物的介質的方法，所述方法包括將介質與含有根據權利要求12-15中任一項所述方法獲得的水性或固體生物來源二氧化矽的基質產生劑相接觸，加入所述基質產生劑是為了在介質中產生矽酸鹽基質，所述基質具有多個用於連接汙染物的反應活性位點。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述介質與基質產生劑混合，並且在足夠高的溫度加熱得到的混合物足夠長的時間，以在所述混合物內產生乾酪根化合物。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述乾酪根化合物具有無特定順序的大有機地質聚合物的乾酪根樣或乾酪根結構，因此乾酪根化合物具有不規則結構，且包括脂族和芳族組分，並能夠將較小的有機和無機分子包裹到其中。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述乾酪根化合物通過發生在基質中反應性位點上的縮聚反應形成，然後乾酪根化學連接於基質，且所述乾酪根通常不溶於水和大多數有機溶劑。
20.如權利要求16-19中任一項所述的方法，其特徵在於，所述有機汙染物包括P.C.B.、聚芳族烴、殺蟲劑、除草劑、殺昆蟲劑和相關化合物、滷化溶劑、呋喃、揮發性烴如苯、甲苯、二甲苯和其它常見的有機汙染物。
21.如權利要求16-19中任一項所述的方法，其特徵在於，所述無機汙染物包括鉛、鎘、汞、鉻、釩等中任一種重金屬和/或鈾、鍶、釷和其它錒系元素中任何放射性元素和/或含有放射性元素例如放射性碘的任何物質。
22.如權利要求16-21中任一項所述的方法，其特徵在於，所述介質包括土壤、沉積物、淤泥、水、空氣和其它相似材料。
23.一種用權利要求12或14所述的生物來源的水性二氧化矽處理的建築材料或建築物，所述處理使建築材料或建築物具有充分良好的阻燃性和/或防白蟻特性。
24.一種用權利要求12-15中任一項所述的二氧化矽製造的半導體晶片。
25.一種用於有機栽培的肥料，所述肥料包含權利要求12-15中任一項所述的二氧化矽。
26.一種從動物中去除大量重金屬和/或降低顯著放射性水平的方法，所述方法包括攝入權利要求12-15中任一項所述的二氧化矽。
27.一種處理粘質土的方法，所述方法包括將權利要求12-15中任一項所述的水性或固體的生物來源二氧化矽加入大量粘質土中，所述二氧化矽與粘質土的重量比為0.2％-2％。
全文摘要
一種製備生物來源二氧化矽的方法，所述方法包括以下步驟在最高達1200℃的溫度下焚燒攜帶二氧化矽的有機原料，使焚化的二氧化矽有機原料冷卻；將焚化並冷卻的攜帶二氧化矽的有機原料加入預加熱到最高達約65℃的溫度鹼溶液，或者鹼溶液與有機原料一起加熱到最高達約65℃的溫度，所述鹼溶液包含在容器中，pH最高達14；加熱使容器中加入的有機原料和鹼溶液的溫度為100℃－最高約300℃並保持1－4小時，從而形成來自有機原料的水性生物來源二氧化矽和不溶雜質；和從該容器提取水性生物來源二氧化矽。提取的二氧化矽可固化成固體形式。
文檔編號C01B33/141GK1918070SQ200580004794
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月14日 優先權日2004年2月13日
發明者蓋瑞·羅伯特·嫩 申請人:蓋瑞·羅伯特·嫩