20xx年广东省对外科技合作计划项目可行性报告

生物源纳米结构SiO2的制取及其

对混凝土材料改性的研究

专题名称：20100501-对外科技合作

技术领域：新材料

项目负责人： 欧阳东 教授/博导

申请单位名称：暨南大学理工学院

香港城市大学科学及工程学院

2010 年 2 月 8 日

目 录

一、立项依据................................................................................................................... 3

1.1 目的意义............................................................................................................ 3

1.2 境内外概况 ........................................................................................................ 9

1.3 市场预测和发展趋势 .......................................................................................... 9

二、研究开发内容、方法、技术路线.............................................................................. 10

2.1 具体研究开发内容和重点解决的技术关键问题.................................................. 10

2.1.1 具体研究开发内容 ................................................................................. 10

2.1.2 重点解决的技术关键问题........................................................................11

2.2 项目的特色和创新之处..................................................................................... 12

2.3 要达到的技术、经济指标及社会、经济效益 ..................................................... 13

2.3.1 技术指标 ............................................................................................... 13

2.3.2 经济指标 ............................................................................................... 13

2.3.3 社会效益 ............................................................................................... 13

2.3.4 经济效益 ............................................................................................... 14

2.4 采用的方法、技术路线以及工艺流程、合作方式 .............................................. 14

2.4.1 采用的方法............................................................................................ 14

2.4.2 技术路线及工艺流程.............................................................................. 15

2.4.3 年度研究计划及预期研究结果................................................................ 16

2.4.4 合作方式 ............................................................................................... 16

三、工作基础和条件 ...................................................................................................... 17

3.1 申请单位概况................................................................................................... 17

3.2 境外合作方概况 ............................................................................................... 17

3.3 本项目现有的合作研究工作基础（与境外合作方最近2年的合作情况、双方现有科

研装备条件、人员投入等情况）.............................................................................. 18

3.4 对环境的影响及预防治理方案 .......................................................................... 22

四、本项目各参加单位工作分工及经费投入、支出情况，成果、产权分享情况............... 22

4.1 工作分工、成果、产权分享情况....................................................................... 23

4.2 经费投入、支出情况 ........................................................................................ 23

五、以往承担项目完成情况及主要成果 .......................................................................... 25

5.2 以往科技成果转化情况..................................................................................... 25

5.3 项目获奖及已发表的与本课题研究有关的主要论文、专著情况 ......................... 26

5.4 是否曾列入2007-20xx年度双边（多边）政府间科技合作项目、科技部国际科技合

作计划（提供立项文件复印件）.............................................................................. 27

5.5 是否认定为科技部、省级国际科技合作基地（提供认定文件复印件）............... 27

一、立项依据

1.1 目的意义

水稻是世界上种植面积最广、产量最大的农作物。当前全世界稻谷总产量近6亿吨，而我国总产量约2亿吨，占全世界总产量的1/3，居世界首位。稻谷中，稻壳约占20%，按此计算，全世界每年的稻壳数量在1.2亿吨左右，而我国也高达4000万吨，数量十分庞大。但稻壳目前尚未找到合适的开发利用途径，在许多地方已成为农业废弃物，对环境产生巨大压力。

稻壳在我国过去长期用作猪或家禽的饲料，直至现在，这仍是稻壳利用的主要途径。事实上，稻壳营养价值极低。从稻壳（砻糠）的成分分析看，稻壳中仅含3%粗蛋白质，20%以上为SiO2，40%左右为粗纤维，而粗纤维中一半是难于消化的木质素。动物营养学大量的现代研究表明，猪、鸡是单胃动物，消化粗纤维的能力很差，用稻壳（砻糠）喂猪或家禽，可消化养分均为负值，不但不能提供营养，反而会引起额外的能量消耗，得不偿失。稻谷中含有约8%的粗蛋白质，60%以上的无氮浸出物及约8%的粗纤维，如不脱壳，营养价值低于米糠，在能量饲料中属中低档谷物。在发达国家，稻谷是不直接磨制饲料的，只有脱了壳的糙米才用作饲料。而我国时至今日，却仍有一些地方习惯将已分离的稻壳和碎米或米糠混合起来磨制粗饲料。这种做法不符合营养科学，是一种落后的饲养技术，应予淘汰。稻壳目前的另一利用途径是通过直接燃烧或气化发电。这一技术已研究多年，目前也建立了一些示范工程。但由于发电效率以及灰渣庞大难以处理等原因，用于发电的稻壳仍是极少的一部分。在大多数的农村地区，稻壳尚未找到合适的开发利用途径，成为农业废弃物，只能就地焚烧。这一做法已使多个城市出现过“烟雾迷城”的状况，一方面严重污染空气环境，另一方面严重影响附近高速公路交通安全和民航交通安全。就地焚烧稻壳还极易引发火灾。20xx年9月黑龙江省黑河市境内连续发生的5起特大森林火灾，起火原因就是当地农民就地燃烧稻壳和秸秆时引发的。因此，为数量庞大的稻壳寻求合适的出路已成为日益迫切的研究课题。

有关稻壳、秸杆等农业废弃物的高质化利用研究，对社会的可持续发展具有极其重要的意义，是国家重大科技发展问题，一直被列入近年国家“973”等项目计划重点支持方向[1]。本项目即探索从农业废弃物稻壳提取高活性纳米结构SiO2的可能性，为稻壳的高质化利用提供坚实的理论基础。 纳米SiO2是纳米材料中的重要一种，具有特殊的结构层次。由于纳米SiO2的量子尺寸、量子隧道效应和它的特殊光、电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象以及高温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等奇异特性，使纳米SiO2可广泛应用于许多领域，几乎涉及所有应用SiO2粉体的行业。有研究表明，原先必须用SiO2粉体材料作添加剂的制品，在不改变其工艺流程的同时而改用纳米SiO2作添料，其制品的各项功能、性能指标都会大幅度提高，因而纳米SiO2在橡胶行业、涂料行业、塑料行业、胶粘剂行业、纺织、陶瓷、生物医学、军事等行业有重要应用，被誉为21世纪的高科技材料[2]。最近的研究还表明，纳米SiO2对水泥混凝土等大宗材料也有优异的增强改性作用[3-7]。

目前国内外制备纳米SiO2，主要采用气相法和沉淀法。此外，还有电弧法和溶胶-凝胶法。19xx年底，由中国科学院固体物理研究所与普陀升兴公司合作，成功开发出气相纳米SiO2，从而使我国成为继美英、日德之后，国际上第五个能批量生产此产品的国家。纳米SiO2 的批量生产为纳米技术的开发应用提供了物质基础。但是，当前总的来说，各种批量生产的纳米SiO2价格还非常昂贵，只能用于精细材料，几乎不可能用于廉价大宗材料的改性。

通过不同条件下的化学反应人工制取的纳米氧化硅，由于原材料和工艺过程的原因，价格很难达致低廉。低廉的纳米SiO2可以考虑从自然界中直接提取。自然界本身存在有大量纳米结构的氧化硅。这种纳米氧化硅不仅存在于无机物中，而且存在于生物体中。国内外有科学家研究过一些植物中硅的生物矿化机制，发现纳米硅广泛存在于各种单细胞藻类、细菌、海绵原生物和高等植物内，对植物的生长发育具有重要作用[8-12]。当然，一般生物体中纳米结构氧化硅数量稀少，并无提取利用的实际价值。然而，数量庞大的农业废弃物稻壳含有大量（约20%） 的氧化硅，并且这些氧化硅可能通过植物这一“大自然之手”“加工修饰”

成纳米结构的形式富集在稻壳中，构成稻壳的骨架结构。因此，我们完全有可能通过一定的方式（如低温热解）将稻壳的有机组分去除，从而把骨架结构中的纳米结构SIO2提取出来。

从某些植物中提取具有实用价值的生物源纳米氧化硅是一种全新的概念和方法，具有原始创新性，国内外鲜见试验研究和产业化报道。学术界虽然对稻壳有过较多的研究，知道稻壳的含硅量很高（约20%），但对稻壳中硅的存在方式却知之不多。对稻壳焚烧的灰烬——稻壳灰也有过较多的研究[13-18]，知其主要由SiO2组成，但对其微观结构也不甚清楚，一般只在微米尺度进行显微观察，认为稻壳灰是多孔物质。简单烧制的稻壳灰被看作廉价高硅火山灰材料用于水泥混凝土中。申请者自上世纪九十年代起，在对600℃低温焚烧稻壳灰的大量研究中，用高分辨率的SEM和TEM发现，在600℃的焚烧温度下，稻壳热解得到的稻壳灰由约50nm大小的SiO2粒子所组成，并且这些由生物源纳米结构SiO2所组成的稻壳灰，其火山灰活性以及对水泥混凝土的增强效应不逊色于气相纳米硅，而其制取成本低廉。由此，申请者提出了稻壳中硅以纳米结构形式存在的推测，并大胆提出由稻壳热解直接制取有实用价值的生物源纳米结构SiO2的构想[19-30]。在随后的20xx年，国际著名的材料科学权威刊物《Material Science and Engineering A 》发表了论文

《Preparation and characterization of nano-structured silica from rice husk》，Liou, Tzong-Horng证实了低温稻壳灰中的SiO2确实以纳米结构的形式存在，并且所观察到的纳米SiO2粒子参数和申请者多年前观察到的完全吻合。SiO2的设想。20xx年国内学者王卫星博士等人也发表了《由稻壳制备纳米结构SiO2》的研究论文，其实验支持了低温稻壳灰为纳米结构SiO2的观点[32]。

申请者在稻壳热解制取生物源纳米SiO2及其对混凝土改性方面的研究已经开展多年。权威刊物《电子显微学报》、《硅酸盐学报》、《材料科学与工程学报》、《农业环境科学学报》等相继在20xx年发表了申请者的相关研究成果。20xx年，成果通过了省级科研鉴定。由中国工程院院士和博士导师组成的鉴定委员会认为，项目对稻壳灰显微结构以及生物源纳米结构SIO2对混凝土改性研究方面的成果达到了国际领先水平[33]。

[34]成果20xx年度获得了广东省科学技术进步二等奖（本项目申请人为第1获奖人,获奖编号2004-化-2-002），[31]

20xx年获得了第十五届全国发明展银奖（本项目申请人为第一发明人，获奖编号152076）[35]，同年还被国家科技部列入国家星火计划（项目编号2005EA780018）[36] 。20xx年成果又被中国发明协会选送参加法国巴黎列宾国际发明竞赛。

虽然目前对稻壳灰显微结构问题的研究取得了一定的成果，但稻壳制取纳米结构SiO2课题仍存在一些未解决的重要基础理论问题，对稻壳灰纳米SiO2的产业化开发产生制约。如稻壳中生物SiO2的精确结构和

形态问题。稻壳中SiO2结构和形态的确定，是生物SiO2制取工艺确定的基础。生物SiO2的存在方式非常复杂，

其结构和组分都具有多样性，几乎包含各种确定的组成、结构和形态，从有序的蛋白团聚体到扩散胶凝材料。研究表明，生物源SiO2不是化学计量矿物,其矿化体以水合共键无机高分子形式[SiOn/2（OH）（n=0-4；4-n]m

m可无限大）存在,它的性质包括密度、硬度、溶解度、黏度和结构组分都直接或间接受到各种细胞水平的影响[10-11]。稻壳中生物SiO2的组成、结构和形态究竟如何，尚未见详细报道。我们在前期项目中，根据低温

稻壳灰的显微结构，提出了稻壳中生物源Si02以纳米结构状态存在的猜想。这一猜想必须进一步通过深入系统的研究加以证实。另外，课题中热解条件与SiO2结构变异以及火山灰活性变异的关系也未完全清楚，以

往对这些关系的研究，仅仅是通过X射线分析技术判别热解温度与SIO2晶型的关系，对热解温度与SiO2粒子大小和形貌等方面的关系研究尚未见到报道。而这些关系是制定用于混凝土改性的生物源纳米结构SiO2制取工艺的直接依据，需要充分研究。

稻壳资源十分丰富，全世界每年的稻壳数量在1.2亿吨左右，而我国就达4000万吨。直至目前为止，稻壳仍未找到合适的开发利用途径，一些地方将稻壳用作饲料或废弃或就地焚烧，这些做法并不符合现代动物营养科学，对环境也造成极大压力。事实上，稻壳含有的约20%的无定形SiO2是一种极为宝贵的矿物资源，应当设法加以高质化利用。目前稻壳的一个利用技术是将稻壳用作热源，在燃烧时鼓入空气，尽量提

高燃烧温度，此时得到的稻壳灰，其SiO2呈结晶状态 ，化学活性很低，无实用价值。稻壳也曾通过酸碱水解法制备白碳黑，但用这种方式提取SiO2成本很高，多年来产业化进展不大。

19xx年，日本人杉田修一在中国申请了《生产活性稻壳灰的装置》专利[37]]。其提出的稻壳热解方法，简单易行，不需要电、燃气或其它燃烧热源工作，是一种可工业化廉价提取稻壳SiO2的方法。但这一方法存在多个缺陷，致命一点是稻壳焚烧过程中积聚的热量没能得到有效的导出，焚烧温度达到750℃以上。研究表明，稻壳热解温度超过600℃，所得SiO2化学活性是不高的。目前国内外所见的可工业化的稻壳热解装

置原理均和杉田修一的大同小异，都存在稻壳焚烧过程中产生的热量导致焚烧温度过高的问题（据实测，10Kg的稻壳自然堆积焚烧，内部温度就超过了1000℃）。

理想的稻壳热解装置应符合以下要求：（1）焚烧温度要低（600℃左右）； （2）焚烧完全，未燃烧碳含量要低； （3）容积足够大。要同时实现上述三个要求是相当困难的，这也是稻壳灰的研究自上世纪70年代开展以来，迄今未能被大规模利用的主要原因之一。由于高活性的稻壳灰只能在实验室电炉里少量烧取，样品数量极少，因而难于进行样品数量要求较大的混凝土改性等试验，当然更难于进行产业化。因此，研制符合上述三个要求的热解装置是由稻壳制备生物源纳米SiO2的一大关键，也是本项目的关键。在本项目中，我们将采用全新的技术路线（已申请专利，专利申请号200410026459.5）巧妙地解决这一问题。经初步试验，在焚烧装置内部设置热交换水管，通过调整热交换水管的分布密度和分布形式，可稳定地控制内部焚烧温度在600℃以下并且碳燃烧完全[38]。这种同时利用稻壳资源和能源的技术路线，不仅保证了稻壳低温热解的可行，而且利用了稻壳焚烧过程所产生的热能，同时也解决了稻壳一次焚烧数量受限制的重大难题，一举三得。

本项目开展的多方面的创新性研究，将为生物源纳米SiO2的开发利用提供坚实的理论基础，具有以下意义：

（1） 科学意义：在观念、原理和方法上开辟纳米结构SiO2制取的全新途径，具有较强的原始创新性，科学意义重大。

（2）经济意义：纳米SiO2对水泥混凝土的改性增强效果十分显著，但通常方法制备的纳米SiO2价格高昂，用于量大、价廉的混凝土等材料并不实际。本项目的研究，将为水泥混凝土等大宗廉价材料应用纳米技术改造提供可能。

（3）环境意义：我国是农业大国，稻壳数量十分庞大,目前没有合适的利用途径，对环境压力极大。本项目的研究，不仅充分挖掘稻壳潜在的资源价值，而且可以有效缓解稻壳对环境巨大压力，具有极其重要的社会意义。

概括而言，本项目意义如下：

（1）环境意义：

我国是农业大国，水稻年产量超过两亿吨，稻壳数量超过4000万吨，数量十分庞大。至目前为止，稻壳没有找到到合适的开发利用途径，一些地方将稻壳用作饲料或废弃，这种做法并不符合现代动物营养科学，对环境也造成极大压力。本项目的研究，不仅充分挖掘了稻壳潜在的资源价值，而且可以有效缓解稻壳对环境的巨大压力，具有极其重要的社会意义。

（2）经济效益：

生物源纳米硅的廉价提取，将打开混凝土等大宗价廉材料应用纳米技术改造的新局面。近来，已有气相法纳米硅对混凝土改性的研究报道，其增强效果十分明显。但通常方法制备的纳米硅价格高昂，用于量大、价廉的混凝土材料并不实

际。本项目的研究，将为混凝土等廉价大宗材料应用纳米技术改造提供可能。

（3）科学意义：

纳米SIO2是纳米材料中的重要一种，具有特殊的结构层次，对材料具有重要改性作用。纳米SiO2可广泛应用于许多领域，几乎涉及所有应用SiO2粉体的行业。本项目最近的研究结果表明，数量庞大的农业废弃物稻壳含有大量（约20%）氧化硅，并且这些氧化硅以纳米结构的形式存在，完全可以通过一定的方式（如低温热解）提取出来。这在纳米SIO2制备的观念、原理和方法上是一个创新，具有重要科学意义。

3．1 必要性

（1）稻壳对环境压力巨大，急需寻求出路

水稻是世界上种植面积最广、产量最大的农作物。当前全世界稻谷总产量近6亿吨，而我国总产量约2亿吨，占全世界总产量的1/3，居世界首位。我国稻谷总产量在1000万吨以上的省区依次为湖南、四川、江苏、湖北、广西、安徽、浙江地区。稻谷中，稻壳（Rice Husk, RH）约占20%。按此计算，全世界每年的稻壳数量在1.2亿吨左右，而我国也达4000万吨，数量十分庞大。但稻壳目前尚未找到合适的开发利用途径，在许多地方已成为农业废弃物，就地焚烧，对环境产生巨大压力。因此，为稻壳寻求合适的出路已成为日益迫切的课题。 稻壳在我国过去长期用作猪或家禽的饲料，直至现在，仍有一些地区将稻壳用于饲料。事实上，稻壳营养价值极低。下表给出了稻壳（砻糠）和米糠的一般成分。从中可见，稻壳中仅含3%粗蛋白质，20%以上为SiO2，40%左右为粗纤维，而粗纤维中一半是难于消化的

米糠和砻糠的一般成分（%）

Chemical compositions of rice bran and rice husk (%)

木质素。动物营养学大量的现代研究表明，猪、鸡是单胃动物，消化粗纤维的能力很差，用RH喂猪或家禽，可消化养分均为负值，不但不能提供营养，反而会引起额外的能量消耗，得不偿失。稻谷中含有约8%的粗蛋白质，60%以上的无氮浸出物及约8%的粗纤维，如不脱壳，营养价值低于米糠，在能量饲料中属中低档谷物。在发达国家，稻谷是不直接磨制饲料的，只有脱了壳的糙米才用作饲料。而我国时至今日，却仍有一些地方习惯将已分离的稻壳和碎米或米糠混合起来磨制粗饲料。这种做法不符合营养科学，是一种落后的饲养技术，应予淘汰。

（2）混凝土材料等大宗材料行业迫切需要价廉活性硅改性

当前现代混凝土正由传统的水泥、砂、石、水四组分向多组分的方向发展。化学外加剂（主要是超塑化剂）已稳定地成为混凝土的第五组分；而矿物掺合料（主要是高活性火山灰材料）由于对混凝土的力学性能，工作性能和耐久性能有重要的提升作用，正成为高强、高性能混凝土必要的第六组分。

硅灰（主要成分为无定形的SiO2）作为目前活性最好的矿物掺合料，在高强高性能混凝土的配制中可以起到显著的增强作用。但由于硅灰数量稀少，价格高昂（2000元/ t左右），难以在实际工程中应用，因而风选粉煤灰、磨细矿渣脱颖而出，成为我国目前混凝土行业配制高强高性能混凝土最常用的矿物掺合料。此外，磨细天然沸石粉和活化高岭土也相继被开发，以期望能替代硅灰。然而，就反应活性和增强作用而言，当前大规模开发应用的矿物掺合料与硅灰相比仍有较大差距。

纳米SiO2是纳米材料中的重要一种，具有特殊的结构层次。由于纳米SiO2的量子尺寸、量子隧道效应和它的特殊光、电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象以及高温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等奇异特性，使纳米SiO2可广泛应用于许多领域，几乎涉及所有应用SiO2粉体的行业。有研究表明，原先必须用SiO2粉体材料作添加剂的制品，在不改变其工艺流程的同时而改用纳米SiO2作添料，其制品的各项功能、性能指标都会大幅度提高，因而纳米SiO2在橡胶行业、涂料行业、塑料行业、胶粘剂行业、纺织、陶瓷、生物医学、军事等行业有重要应用，被誉为21世纪的高科技材料。最近的研究表明，纳米SIO2对水泥混凝土改性作用也十分强烈，是一种性能极为优越的改性添加剂。

目前国内外制备纳米SiO2的方法，主要采用气相法和沉淀法两种。气相法生产纳米SiO2的基本原理，就是由无机硅或有机硅的氯化物水解法，精制的氢气、空气和硅化物蒸气按一定比例进入水解炉进行高温水解，生成二氧化硅气溶胶，经聚集器收集二氧化硅纳米级粒子。沉淀法则是由可溶性硅以酸分解，制得不溶性的纳米级SiO2。气相法和沉淀法生产的纳米SiO2有一定差别：粒径是前者小后者大，前者生产的纳米SiO2有效量高，后者结构空隙大，存在毛细管现象；前者氢氧含量低，后者碱性强。此外，制备纳米SiO2方法还有电弧法和溶胶-凝胶法。这些不同方法通过不同原理制备出来的纳米SiO2性能、成本不同，但总的来说，

各种纳米SiO2价格都非常昂贵，只能用于精细材料，几乎不可能用于廉价大宗材料的改性。

纳米硅属精细化工产品，在硅橡胶、聚脂树脂、油漆涂料、胶粘剂、电子封装等领域有重要应用，添加少量，即可使产品信能获得某些特殊性能，其消费量逐年稳步增长。据统计，20xx年全国消费量达2200吨，并以30%的速率每年增长。目前国内纳米硅市场容量已超过10亿元，预计整个市场容量可达上百亿元。 然而，这个市场主要考虑的是精细化工行业，尚未包括在大宗材料的应用。已有研究表明，纳米硅对水泥混凝土材料等大宗材料也有很好的增强改性作用。如价格合适，混凝土行业对纳米硅的需求巨大。

目前混凝土行业纳米硅的应用量仍然为零。究其原因，混凝土为低廉材料，每方价格200-300元，实在没有能力应用量稀价昂的纳米硅。纳米硅价格近10万元1吨，即近100元1KG，按每方掺入胶凝材料量的1%，约3KG计算，光纳米硅成本就达300元，和改性前产品价格相当！因此可以断言，目前人工制备的纳米硅不可能进入混凝土行业。另外，在耐火材料行业、硅化学工业、食品行业、环保行业等大剂量使用SIO2的行业，使用普通纳米硅成本过大。

打开大宗材料行业应用纳米硅局面的唯一出路是开发其它来源的价廉纳米硅。

（3）稻壳是制备价廉纳米结构活性SiO2最好的资源

虽然稻壳的营养组分无利用价值，但稻壳所含的SiO2呈无定形态(蛋白石或硅胶)，却是一种有价值的矿物。自然界中的SiO2 大多数呈结晶状态存在，无定形SiO2很少。水稻将土壤中稀薄的无定形SiO2如蛋白石 SiO2· nH2O等通过生物矿化的方式富集在稻壳中，等于为人类提取了大量非晶态的SiO2。这是一种极为宝贵的矿物资源，应该设法加以提取利用。

从某些植物中提取生物源纳米硅是一种全新的概念和方法，国内外未见试验研究和产业化报道。虽然对稻壳有过较多的研究，知道稻壳的含硅量很高（20%），但对稻壳中硅的存在方式却知之不多。对稻壳焚烧的灰烬棗稻壳灰也有过较多的研究，知其由SiO2组成，但对其结构也不甚清楚。一般只在微米尺度进行显微观察，认为稻壳灰是多孔物质。本项目组在近期对低温稻壳灰的大量研究中，用高分辨率的SEM和TEM偶然发现，在很低的焚烧温度下，稻壳热裂解得到的稻壳灰全部由纳米结构的SiO2粒子所组成，并且由这些稻壳灰得到的生物源纳米SiO2，其火山灰活性以及对水泥混凝土的增强效应并不逊色于纳米硅，而其成本只有普通纳米硅的1/100。由此提出了稻壳中硅为纳米硅的推测，并提出从稻壳中提取具有实用价值的生物源纳米硅的设想。

在发现稻壳灰含纳米SIO2之前，日本人杉田修一曾在中国申请了《生产活性稻壳灰的装置》专利。其提出的间歇式焚烧装置，简单易行，不需要电、燃气或其它燃烧热源工作，是一种可较大规模实现工业化生产稻壳灰的方法。但这一方法存在多个缺陷，致命一点是稻壳焚烧过程中积聚的热量没能得到有效的导出，焚烧达到750度。研究表明，焚烧温度超过600度，其化学活性是不高的。

本项目组为此发明了一种稻壳焚烧装置，巧妙地将焚烧热量带走，从根本上克服了杉田修一装置的缺陷，使焚烧温度稳定地控制在600度以下。所烧制的稻壳灰中SiO2保持原来纳米结构不变，其化学活性超过了硅灰，和普通纳米SiO2大体相当。已试验性生产出小批量生物源纳米结构SiO2并投入了实际工程使用，在广州第二高楼——广东邮电枢纽大厦工程C80超高强混凝土的配制中，生物源纳米SiO2与最佳粒径磨细矿渣微粉复合，使配制的混凝土在超高强的同时，可泵性能优越，一次性泵上了250米以上的高度，创下了我国超高强混凝土配制施工的一个纪录。《羊城晚报》等重要媒体在头版头条位置报道了这一成果。该成果20xx年以通过了省级成果鉴定，经由中国工程院院士和博士导师组成的鉴定委员会鉴定，一致认为成果达到了国际先进水平，在稻壳灰的研究方面，达到了国际领先水平。成果20xx年获广东省科技进步奖二等奖（本项目申请人为第一获奖人）。

1.2 境内外概况

1.3 市场预测和发展趋势

纳米SiO2的由于它的量子尺寸、量子隧道效应以及特殊的光、电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象而且在高温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等奇异特性，使纳米SiO2可广泛应用于许多领域，几乎涉及所有应用SiO2粉体的行业。研究表明，原先必须用SiO2粉体材料作添加剂的制品，在不改变其工艺流程的同时而改用纳米SiO2作添料，其制品的各项功能、性能指标都会大幅度提高，因而纳米SiO2在橡胶行业、涂料行业、塑料行业、胶粘剂行业、纺织、陶瓷、生物医学、军事等行业有重要应用，被誉为21世纪的高科技材料。然而，目前纳米SiO2的应用主要考虑的是精细化工行业，出于成本的原因，根本无法在大宗廉价材料应用。

本项目所制备的生物源纳米Si02恰好能弥补传统纳米SiO2的这一缺陷，而应用在橡胶、食品、耐火材料、混凝土等行业，应用前景十分广阔。以混凝土为例，研究表明，从稻壳中提取的生物源纳米硅对混凝土改性的作用和普通纳米Si02相当，而优于硅灰，更远优于风选粉煤灰和磨细矿渣。目前我国商品混凝土已达8000万方（全国混凝土总量则更大），按10%应用纳米硅改性，每立方应用5kg计算，年需要纳米硅4000万kg，需求量十分庞大。随着社会的发展，对高性能混凝土的

需求越来越多，要求也越来越高，对改性纳米硅的需求也会更多。

二、研究开发内容、方法、技术路线

2.1 具体研究开发内容和重点解决的技术关键问题

2.1.1 具体研究开发内容

1、稻壳中生物源SiO2的结构表征

采用XRD、HRTEM、固态29SiNMR技术、IR技术研究稻壳中各部位，如芒刺、内外表面、内部切片Si原子构型和可能的结构有序性。采用TEM、SEM 、EDAX等技术研究稻壳各部位生物Si02的微观结构和细观结构，包括硅化结构和形貌及其团聚度。上述研究，目的是证实稻壳各部位生物源Si02是否以纳米结构形式存在,为稻壳生物源Si02的高附加值开发利用提供理论基础。

2、热解条件与生物源SiO2结构变异的关系

控制不同温度和气氛使稻壳热裂解，研究所得生物Si02的特性，如成分、Si结构有序性、硅化结构与形貌及其团聚度以及显微结构和细观结构等，并与裂解前稻壳中Si的存在状态对照，研究热解前后生物Si02会产生哪些变异，以找出热解条件与裂解所得Si02结构变异之间的关系，为选择最合适的Si02提取工艺提供理论依据。

3、稻壳热解装置的研制

据实测，10Kg的稻壳自然堆积焚烧，内部温度就超过了1000℃。目前国内外所见的可工业化的稻壳热解装置均存在稻壳焚烧过程产生的热量导致焚烧温度过高的问题,这使得制取的Si02活性不高。理想的稻壳热解装置应符合以下要求：（1）焚烧温度要低；（2）焚烧完全，未燃烧碳含量要低；（3）容积足够大。要同时实现上述三个要求是相当困难的，必须采用与过去技术不同的全新思路进行研制。我们将巧妙地在焚烧炉内部设置热交换水管。初步的试验表明，通过调整热交换水管的分布密度和分布形式，可稳定地控制内部焚烧温度在600℃以下

并且碳燃烧完全。这种同时利用稻壳的资源和能源的技术路线，不仅保证了稻壳低温热解的可行，而且利用了稻壳焚烧过程所产生的热能，同时也解决了稻壳一次焚烧数量受限制的重大难题。

4、稻壳生物源Si02对水泥混凝土改性的研究

研究稻壳热解得到的生物源Si02作为水泥混凝土高性能改性添加剂的特性，如火山灰效应、增强效应特别是改善耐久性的效应及其机理等。

5、生物源纳米Si02、硅灰、气相纳米Si02在水泥混凝土应用方面的比较研究

从对水泥基材料的改性性能、价格、数量等角度，评价三种高硅材料（生物源纳米SiO2、气相纳米SiO2、硅灰）在水泥混凝土中应用的可能性和竞争力。

2.1.2 重点解决的技术关键问题

1、稻壳中生物SiO2的精确结构和形态

稻壳中生物SiO2的精确结构和形态的确定，是生物SiO2提取工艺确定的基础，因此是本项目关键的问题之一。生物SiO2的存在方式非常复杂，其结构和组分都具有多样性，几乎包含各种确定的组成、结构和形态，从有序的蛋白团聚体到扩散胶凝材料。研究表明，生物源SiO2不是化学计量矿物,其矿化体以水合共键无机高分子形式[SiOn/2（OH）4-n]m （n=0-4；m可无限大）存在,它的性质包括密度、硬度、溶解度、黏度和结构组分都直接或间接受到各种细胞水平的影响。稻壳中生物SiO2的组成、结构和形态究竟如何，尚未见详细报道，必须深入系统研究。

2、热解条件与SiO2结构变异及其对混凝土改性作用的关系

热解条件与SiO2结构变异的关系是制定用于混凝土改性的生物源纳米结构SiO2制取工艺的直接依据。对热解条件与稻壳灰SiO2化学活性的关系已有一些研究，但热解条件与SiO2结构变异的关系的研究尚未见到报道，尚需充分研究。

3、生物纳米SiO2制备的高效装置

目前所报道的稻壳热解装置存在以下问题：如果是以热能利用为主，则在焚烧时鼓入空气，尽可能提高焚烧温度，这时得到的稻壳灰SiO2呈结晶状态，化学活性很低，无实际用途。如果是以SiO2利用为主，则大多没有考虑热能的利用。这不但是浪费能源的问题，更重要的是焚烧的热量得不到有效的导出，焚烧

温度过高，SiO2活性仍然不高。本项目将本着将热量导出，即同时利用稻壳资源和能源的思路巧妙地研制生物纳米SiO2制备的高效装置。

稻壳所含热量很高，少量稻壳堆聚焚烧内部温度就可能超过1000℃。本项目采用自有的关键技术（已申请发明专利），在稻壳热解装置中设置热交换水管，通过调整热交换水管的分布密度和分布形式，稳定地控制内部焚烧温度在600℃以下。这种同时利用稻壳资源和能源的技术，不仅保证了稻壳低温热解的可行，而且利用了焚烧过程所产生的热能，同时也解决了稻壳一次焚烧数量受限制的重大难题。

2.2 项目的特色和创新之处

本项目的特色和创新之处体现在以下几方面：

1、具有较强原始创新性

（1）从某些植物中提取具有实用价值的生物源纳米氧化硅是一种全新的概念和方法，国内外鲜见试验研究和产业化报道。申请者在多年前即提出了稻壳中硅以纳米结构形式存在的推测，并率先提出由稻壳热解直接制取有实用价值的生物源纳米结构硅的构想。在随后的20xx年，国际著名的材料科学权威刊物《Material Science and Engineering A 》发表了论文《Preparation and characterization of nano-structured silica from rice husk》，Liou, Tzong-Horng证实了低温稻壳灰中的SiO2确实以纳米结构的形式存在，并且所观察到的纳米SiO2粒子参数和申请者多年前观察到的完全吻合。Liou, Tzong-Horng为此同样提出了从稻壳廉价提取纳米结构SiO2的设想。

（2）在未焚烧的稻壳中生物SiO2的组成、结构和形态究竟如何，国内外尚未见详细报道。申请者提出了稻壳中硅以纳米结构形式存在的推测并希望通过本项目加以实验证实。

（3）以往对热解条件与稻壳灰SiO2结构变异关系的研究，仅仅是通过X射线分析技术判别热解温度与SiO2是晶体还是非晶体的关系，对热解温度与SiO2粒子大小、形貌及对混凝土改性作用的关系研究尚未见到报道。

（4）本项目采用在焚烧装置中设置热交换水管，通过调整热交换水管的分布密度和分布形式控制内部焚烧温度的技术路线，不仅保证了稻壳低温热解的可

行，而且利用了焚烧过程所产生的热能，同时也解决了稻壳一次焚烧数量受限制的难题，一举三得，具有原始创新性。

2、具有重大经济价值

项目研制的生物源纳米结构Si02，在水泥混凝土等行业应用的性能和普通气相纳米硅大体相当，但成本仅为普通气相纳米硅1/100。

3、行业关联性强

本项目不但在最大程度上开发了稻壳潜在的资源价值，减轻了稻壳对环境的巨大压力，而且为水泥混凝土等大宗廉价材料行业提供了具有实用价值的纳米改性材料。

2.3 要达到的技术、经济指标及社会、经济效益

2.3.1 技术指标

2.3.2 经济指标

2.3.3 社会效益

水稻是世界上种植面积最广、产量最大的农作物。当前全世界稻谷总产量近6亿吨，而我国总产量约2亿吨，占全世界总产量的1/3，居世界首位。稻谷中，稻壳（Rice Husk, RH）约占20%。按此计算，全世界每年的稻壳数量在1.2亿吨左右，而我国也达4000万吨，数量十分庞大。但稻壳目前尚未找到合适的开发利用途径，在一些地方将稻壳用作饲料，但这种做法并不符合现代动物营养科学；还有一些地方干脆将其作为农业废物而丢弃或就地焚烧，对环境产生巨大压力。因此，为稻壳寻求合适的出路已成为日益迫切的课题。

本项目在最大程度上开发利用了稻壳潜在的资源价值，减轻了稻壳对环境的巨大压力，为混凝土等行业提供了具有实用价值的纳米改性材料；另外，本项目的实施还可以增加农民的收入来源，为农业减负增收做出重要贡献，达到了经

济效益、环境效益和社会效益的高度统一。

2.3.4 经济效益

研究表明，从稻壳中提取的生物源纳米硅对混凝土改性的作用和普通纳米Si02相当，而优于硅灰，更远优于风选粉煤灰磨细矿渣。生物源纳米硅的成本每吨不到1000元，根据它的改性效果，每吨5000元左右完全可以被混凝土行业接受。

目前，我国商品混凝土已达8000万方，按初期百分之十应用纳米硅改性，每方应用5kg计算，年需要纳米硅4000万kg，价值2亿元，利税超过1600万元。当生物源纳米SiO2逐步被行业认识和接受之后，如30%的商品混凝土采用生物源纳米SiO2改性，市场容量就会超过6亿元。如果考虑利用稻壳生物源纳米SIO2与粉煤灰或矿渣复合开发高性能矿物掺合料，则生物源纳米SiO2的需求量则大得多。另外，稻壳生物源纳米硅还可以广泛用于无机材料行业（如耐火材料和混凝土等）、化工行业（如硅化学工业原料、橡胶、胶粘剂添加剂等）、食品行业（吸附剂、干燥剂等）、药品行业（如药物载体、缓释剂）以及环保行业（废水废气吸附剂）等。研究表明，稻壳纳米SiO2在大宗材料行业应用的可能性和竞争力远远超过气相法或湿法纳米SiO2。生物源SiO2的整个市场容量有可能超过10亿元。市场前景不可限量。

本项目三年盈利预测

年度

2011

2012

2013

销售量/吨） 收入预测/万元 400 1200 2000 200 600 1000 成本预测/万元 40 120 200 利润预测/万元 160 480 800

2.4 采用的方法、技术路线以及工艺流程、合作方式

2.4.1 采用的方法

2.4.1.1 稻壳中生物源Si02精细结构和形态的表征

1、分子结构

（1）采用XRD研究稻壳粉末，在总体上确定稻壳中Si02以结晶状态或以无

定型状态存在；

（2）采用HRTEM.X射线和电子衍射研究稻壳各部位的衍射图谱了解稻壳中Si02在短程和长程的有序性；

（3）采用SEM-EDXA技术研究硅化结构中微量元素的分布；

（4）采用固态29SiNMR技术研究稻壳各部位生物Si02凝聚态相结构中Si 的原子环境。

（5）采用IR技术研究稻壳中Si02的聚合度。

2、微观结构和细观结构

采用SEM/TEM研究生物SiO2微观结构和细观结构。

2.4.1.2 热解条件与稻壳生物Si02结构变异的关系研究

（1）在某一特定条件下，用可控温电炉热解稻壳，采用类似上述的研究方法，研究稻壳灰中Si 02的精细结构和形态。

（2）改变热裂解条件，研究各种条件下稻壳灰中Si02的精细结构和形态。

（3）分析热解条件与稻壳生物Si02结构变异的关系，找出最合适的稻壳热解参数。

2.4.1.3 普通纳米Si02、硅灰、生物源纳米Si02的比较研究

（1）采用XRD 研究三种高活性硅（生物源纳米SIO2、气相纳米SiO2、硅灰）与Ca（OH）2的水化浆体在12h、1d、3d、7d、14d、28d的衍射图谱，比较它们火山灰活性大小和反应速度；

（2）采用水泥净浆和砂浆试验，比较三种高活性硅对水泥材料改性作用的大小；

（3）采用普通混凝土和高强混凝土试验，比较三种高活性硅对各种混凝土改性作用（包括力学性能和耐久性能）的大小。

2.4.2 技术路线及工艺流程

采用热解除碳、除有机组分的技术路线，在除杂较完全的前提下，尽可能降低热解温度以保持Si02形态不变。其制取工艺过程包括：1．稻壳清洗和干燥；

2.在较低温度和还原气氛下分解有机物和碳化；3.在适当温度下焚烧去碳；4.在助磨剂作用下粉磨成产品。

2.4.3 年度研究计划及预期研究结果

年度研究计划：

1、2010.5-2010.11 对稻壳中生物源Si02精细结构和形态进行表征；

2、2010.12-2011.8 分析热解条件与稻壳生物Si02结构变异的关系，找出最

合适的稻壳热解参数；

3、2011.9-2012.4 稻壳生物源纳米Si02制取装置的改进；

4、2012.5-2012.12 比较普通纳米Si 02、硅灰、生物源纳米Si02对水泥混凝

土材料的改性性能;

5、2013.1-2012.4 总结结题。

预期研究结果：

1、获得稻壳中生物源Si02精细结构和形态的相关信息，揭示稻壳中Si02是否以纳米结构的状态存在；

2、给热解条件（温度、气氛）与稻壳灰烬Si02结构形态的关系，为生物源纳米Si02制取工艺提供理论基础；

3、研制出稻壳低温热解装置,符合以下要求：（1）焚烧温度低(600℃以下)； （2）焚烧完全，未燃烧碳含量低；（3）容积足够大(样机在3立方米以上) 。

4、批量制备出生物源纳米Si02,其对水泥混凝土材料的改性性能要求和气相纳米硅相当,超过硅灰。

5、比较研究普通气相纳米Si02、硅灰、生物源纳米Si02对混凝土材料改性的机理、成本和效果，给出三种高硅材料在混凝土行业应用的可能性和竞争力.

6、申报国外发明专利1项；在国际权威期刊发表论文2篇，在国内核心期刊发表论文2篇。

2.4.4 合作方式

项目由暨南大学理工学院负责主持，与香港城市大学科学及工程学院合作共同实施。暨南大学理工学院负责项目总体技术方案的制定和实验室试验；香港城市大学科学及工程学院负责微观结构表征等试验研究。

三、工作基础和条件

3.1 申请单位概况

暨南大学是一所有100多年悠久历史的综合性大学。理工学院的历史可以追溯到19xx年的国立暨南大学理学院理工学院现有教工180人，有中国工程院院士1人，中科院院士1人，博士生导师20人，教授40人，副教授、高级工程师和高级实验师共38人。有34位教师具有博士学位，其中5人为博士后。 学院近年来引进大量高学历高素质人才，在科研方面呈现强劲发展势头。目前在研项目91项：国家级15项，省部级30项，市、厅级和横向课题一批，在研项目经费1288万元。

理工学院土木工程系建材实验室现有教授、博士生导师1人，副教授2人，工程师、助教、研究生多人。近年来团队承担国家和省部级项目多项，获国家发明奖1项，广东省科技进步奖二等奖1项；法国巴黎列宾国际发明奖1项；1人次获国务院政府特殊津贴，1人次获广东省丁颖科技奖。实验室建材研究设备先进齐全，是教育部和广东省的重点实验室。暨南大学在本项目相关的无机化学、生物矿化学、材料学、生命科学等方面具有很好的研究基础，学校实验技术中心装备有本项目显微结构研究所需的大型仪器设备，如XRD、HRTEM、SEM、EDAX、IR等，能满足本项目的要求。

3.2 境外合作方概况

香港城市大学，简称城大（英文：City University of Hong Kong，CityU），于19xx年建校，是香港八所受政府大学教育资助委员会资助并可颁授学位的高

等教育院校之一。大学现以工商管理、法律、工程、创意媒体、能源及环境作为五大发展重点，大学设有商学院、人文及社会科学学院、科学及工程学院、创意媒体学院和法律学院，以“专业教育提供者”为大学定位。香港城市大学是一所年轻向上、富于进取、日新月异的国际化的多科性大学。

香港城市大学拥有一支雄厚的、具有国际教育和教学背景的师资力量。现有900余位分别来自22个国家的教师，其中9位乃世界级院士、逾500名持有海外知名学府的博士学位、150名曾于海外的大学担任专职教研工作。城大全方位地开展对外交流与合作，已与24个国家和地区约210个合作伙伴建立了合作关系，合作项目达336项之多。

3.3 本项目现有的合作研究工作基础（与境外合作方最近2年的合作情况、双方现有科研装备条件、人员投入等情况）

1、工作基础

本项目在前期工作基础上进行。前期工作---低温稻壳灰显微结构的研究得到广东省自然科学基金会的支持，历时多年，取得重要研究进展，首次采用SEM/TEM观测到低温稻壳灰由约50nm大小的Si02粒子疏松粘聚构成，由此提出了稻壳中生物源Si02以纳米结构状态存在的猜想并提出了稻壳灰结构的三层次模型。在《电子显微学报》、《硅酸盐学报》、《材料科学与工程学报》、《农业环境科学学报》等权威学术期刊以及全国第三届纳米材料和技术应用会议发表系列研究论文十多篇,引起材料界和环境资源界的广泛关注。已试验性生产出小批量生物源纳米结构SiO2并投入了实际工程使用，在广州第二高楼——广东邮电枢纽大厦工程C80超高强混凝土的配制中，生物源纳米SiO2与最佳粒径磨细矿渣微粉复合，使配制的混凝土在超高强的同时，可泵性能优越，一次性泵上了250米以上的高度。该成果20xx年通过了省级成果鉴定，经由中国工程院院士和博士导师组成的鉴定委员会鉴定，成果达到国际先进水平，在稻壳灰的显微研究方面，达到国际领先水平。成果20xx年度获得了广东省科学技术进步二等奖（本项目申请人为第1获奖人,获奖编号2004-化-2-002），20xx年获得了第十五届全国发明展银奖（本项目申请人为第一发明人，获奖编号152076），同年还被国家科技部列入国家星火计划（项目编号2005EA780018）。20xx年成果又被中国发

明协会选送法国参加巴黎列宾国际发明竞赛并获金奖。

项目申请人近几年发表的相关研究论文包括：

1、 欧阳东、陈楷，稻壳灰显微结构及其中纳米Si02的电镜观察，电子显微学报，2003，5

2、 欧阳东、陈楷，低温稻壳灰的显微结构及其化学活性，硅酸盐学报，2003，11

3、 欧阳东，RHA中的纳米Si02及其对HSC增强作用，全国第三届纳米材料会议论文集,2003, 南京

4、 欧阳东、陈楷，稻壳灰显微结构的研究，材料科学与工程学报，2003，5

5、 欧阳东，纳米Si02低温稻壳灰用于混凝土的研究，新型建筑材料，2003，

6、 欧阳东，稻壳新出路，制备混凝土用纳米Si02，中国农业科技导报，2003，3

7、 欧阳东，稻壳灰与硅灰波谱学对比研究，混凝土，2003，12

8、 欧阳东，稻壳灰对高强超高强混凝土钢筋粘结强度的影响，工业建筑，2003，11

9、 欧阳东，能与硅灰媲美的矿物掺料——低温稻壳灰，中国建材，2003，6

10、欧阳东，稻壳灰中的纳米SiO2及其在混凝土中的应用，农业环境科学学报，2003，3

虽然前期项目取得了一定的成果，但稻壳制取纳米硅课题仍存在一些未解决的重要基础问题，对稻壳灰纳米SIO2的产业化开发产生制约。一是稻壳中生物SiO2的精确结构和形态问题。稻壳中SIO2结构和形态的确定，是生物SiO2制取工艺确定的基础。生物SiO2的存在方式非常复杂，其结构和组分具有多样性。研究表明，生物源SiO2不是化学计量矿物,其矿化体以水合共键无机高分子形式

[SiOn/2（OH）4-n]m （n=0-4；m可无限大）存在,它的性质包括密度、硬度、溶解度、黏度和结构组分都直接或间接受到各种细胞水平的影响。稻壳中生物SiO2的组成、结构和形态究竟如何，尚未见详细报道。我们在前期项目中，根据低温稻壳灰的显微结构，提出了稻壳中生物源Si02以纳米结构状态存在的猜想。这一猜想必须进一步通过深入系统的研究加以证实。另外，课题中热解条件与SiO2结构变异以及火山灰活性变异的关系也未完全清楚，而这些关系是制定生物源纳米结构SiO2制取工艺的直接依据，需要充分研究。

还有更重要的一个问题，就是缺乏合适的稻壳热解装置。目前国内外所见的可工业化的稻壳热解装置都不可避免地存在稻壳焚烧过程中产生的热量导致焚烧温度过高的问题。如何使稻壳热解装置达到：（1）焚烧温度低；（2）焚烧完全，未燃烧碳含量低；（3）容积足够大的要求是稻壳制取生物源纳米结构SiO2课题

的关键难题。在这一方面，本项目有很好的工作基础。我们巧妙地设计了一种新型热解装置（已申请专利《一种稻壳焚烧装置及其产出的纳米结构,SiO2稻壳灰》，专利申请号: 200410026459.5，专利公开日：2005.1.5）可圆满解决这一难题。经初步试验，在焚烧装置内部设置热交换水管，通过调整热交换水管的分布密度和分布形式，可稳定地控制内部焚烧温度在600℃以下。这个关键技术，不仅保证了稻壳低温热解的可行，而且利用了稻壳焚烧过程所产生的热能，同时也解决了稻壳一次焚烧数量受限制的难题。

2、工作条件

暨南大学是国家211重点建设大学，也是广东省重点建设的三所高水平大学之一，在本项目相关的材料学、环境工程学、无机化学、生物矿化学、生命科学等方面具有很好的研究基础，学校实验技术中心装备有本项目显微结构研究所需的大型仪器设备，如XRD、HRTEM、SEM、EDAX、IR等，能满足本项目的要求。项目组所在单位理工学院是学校211工程重点建设单位，建设有材料实验室和资源利用实验室，实验装备精良，其中材料实验室20xx年度被评定为广东省教育厅重点实验室。

3、申请人介绍

欧阳东，男，19xx年6月生，工学博士，教授、教授级高工，博士生导师，国务院政府特殊津贴专家，国家教育部、建设部和广东省科学技术奖评审专家，兼任广东省硅酸盐学会常务理事、广东省土木学会建筑材料专业委员会副主任。多次赴美国、加拿大、德国 、新加坡、泰国、土耳其、希腊等国考察过稻壳的综合利用。主要研究方向：高强/高性能混凝土；农业和工业废弃物及其建材资源化；新材料技术。20xx年获广东省科学技术进步二等奖（第1 获奖人） ；20xx年获第十五届全国发明展银奖（第1 获奖人）；20xx年因高性能混凝土的研究获第8届广东省丁颖科技奖并获提名中国青年科技奖，同年参加法国参加巴黎列宾国际发明竞赛并获金奖。

主要学历：

1982.9—1986.6 在华南工学院无机材料系读本科，获学士学位；

1986.9—1989.6 在华南理工大学材料学院攻读硕士研究生，获硕士学位；

1993.9—1997.6 在华南理工大学材料学院攻读博士研究生，获工学博士学位。

主要研究工作经历：

1989—1993，在广东国际信托投资公司工作，任工程师；19xx年因《广州钢铁厂转炉钢渣的研究利用》项目获广东省建材行业科技进步一等奖（第2获奖人）；

1993--1997.，在华南理工大学材料学院攻读博士研究生；从事稻壳综合利用及高性能混凝土的研究；

1997---2000，在华南建设学院西院工作，任副教授、高级工程师，综合教研室主任，建筑材料广州市重点实验室主任；

2000-2003，在合并后的广州大学工作，任广州大学材料科学与技术研究所所长，20xx年入选广东省千百十工程；期间主持了广州新白云国际机场、广州第二高楼、广州地铁、广州大学城等重大工程关键材料的研制；

2003---现在，在暨南大学土木系工作，任教授、教授级高工，博士生导师。主要从事生物源纳米Si02等课题的研究。20xx年因《矿物减水理论与高性能掺合料和超高性能混凝土》项目获广东省科学技术进步二等奖（第1 获奖人）；20xx年因专利《一种稻壳热解装置及其产出的纳米结构SIO2》获第十五届全国发明展银奖（第1 获奖人）；20xx年获第8届广东省丁颖科技奖并获提名第9届中国青年科技奖，同年参加法国参加巴黎列宾国际发明竞赛并获金奖。

近期发表的与本项目相关的主要论文：

1、 欧阳东、陈楷，稻壳灰显微结构及其中纳米Si02的电镜观察，电子显微学报，2003，5

2、 欧阳东、陈楷，低温稻壳灰的显微结构及其化学活性，硅酸盐学报，2003，11

3、 欧阳东，RHA中的纳米Si02及其对HSC增强作用，全国第三届纳米材料会议论文集,2003, 南京

4、 欧阳东、陈楷，稻壳灰显微结构的研究，材料科学与工程学报，2003，5

5、 欧阳东，纳米Si02低温稻壳灰用于混凝土的研究，新型建筑材料，2003，

6、 欧阳东，稻壳新出路，制备混凝土用纳米Si02，中国农业科技导报，2003，3

7、 欧阳东，稻壳灰与硅灰波谱学对比研究，混凝土，2003，12

8、 欧阳东，稻壳灰对高强超高强混凝土钢筋粘结强度的影响，工业建筑，2003，11

9、 欧阳东，能与硅灰媲美的矿物掺料——低温稻壳灰，中国建材，2003，6

10、欧阳东，几种重要掺合料对混凝土用水量的影响，《中国港湾建设》，2003，12

11、欧阳东，稻壳灰中的纳米SiO2及其在混凝土中的应用，农业环境科学学报，2003，3

近期所获的学术奖励

1、巴黎列宾国际发明竞赛并获金奖

受奖项目：一种稻壳热解装置及其产出的纳米结构SIO2

全部受奖人员：欧阳东

2、20xx年获第8届广东省丁颖科技奖并获提名第9届中国青年科技奖

3、20xx年获第15届全国发明展银奖

受奖项目：一种稻壳热解装置及其产出的纳米结构SIO2

全部受奖人员：欧阳东

4、20xx年获广东省科学技术进步二等奖（第1获奖人）

受奖项目：《矿物减水理论与高性能掺合料和超高性能混凝土》

鉴定意见：国际先进水平，在稻壳灰显微结构研究方面，达到国际领先水平。

全部受奖人员：欧阳东、何汉林、胡波、余力超、叶来福、饶三枝、李建友、郑耀宗、

余斌、林耀章

5、20xx年获国家教育部全国高等学校优秀教材奖

受奖项目：《土木工程材料》（教材，武汉理工大学版）

全部受奖人员：陈志源、李启令、张云莲、雅箐、王劲、欧阳东、马铭斌

3.4 对环境的影响及预防治理方案

本项目的主要出发点之一就是要挖掘农业废弃物稻壳的潜在资源价值，开发利用稻壳，减轻稻壳对环境的巨大压力，对保护农业环境，促进社会可持续发展具有重要意义。

在生物源纳米SIO2提取过程中，不涉及任何化学制剂，热解温度也在600度以下，不产生任何有害气体。另外，制取工艺已考虑收尘，也不会有未燃碳飞溢。因此，本项目不产生任何有害的气固液，是一个具有突出环境效益的研发项目。

四、本项目各参加单位工作分工及经费投入、支出情况，成

果、产权分享情况

4.1 工作分工、成果、产权分享情况

项目由暨南大学理工学院负责主持，与香港城市大学科学及工程学院合作共同实施。暨南大学负责项目总体技术方案的制定和实验室试验；香港城市大学负责微观结构表征等试验研究。

项目研究所取得的科研成果，各自完成的由各自拥有，由双方共同完成的双方拥有。

4.2 经费投入、支出情况

经费投入

本项目的投资预算额为 万元。 经费筹措

自筹资金 万元，另外向省科技厅申请科技资助 万元。所申请到省科技经费由暨南大学和香港城市大学按7：3的比例分配使用。

经费使用计划如下表：

五、以往承担项目完成情况及主要成果

5.1 承担国家省部级有关课题完成情况

项目组承担了多项国家和省市科研项目，所有项目均按合同圆满完成。其中 3项通过省级鉴定，全部达到国内领先水平以上。其中一项达到国际先进水平， 部分达到国际领先水平并获得了20xx年度广东省科技进步二等奖。

1、20xx年立项，欧阳东主持，国家星火计划项目〈生物质纳米SiO2的开发及其在混凝土中的应用〉。成果获国家发明专利1项；获第十五届全国发明展金奖1项；获法国巴黎列宾国际发明展金奖1项。

2、20xx年立项，欧阳东主持，广东省自然科学基金《混凝土超低水胶比拌和体系的矿物减水理论研究》（994502），巳按时完成并通过省级鉴定，达到国际先进水平。

3、20xx年立项，欧阳东主持，广东省自然科学基金和广州市教育委员会科研基金《矿物减水理论与高性能掺合料和超高性能混土》项目，巳按时完成并通过省级鉴定，成果总体达国际先进水平，部分达国际领先水平。成果20xx年获广东省科学技术进步奖二等奖1项。

4、20xx年立项，欧阳东主持，广州市建设委员会和广州新白云国际机场联合资助科研项目《广州市新白云国际机场航站楼高性能混凝土研究》，已按时完成并通过鉴定，研制成功的高抗裂新型混凝土首次应用于国内大型机场的建设，应用量超过4万立方，为国家重大工程的建设做出了重要贡献。

5.2 以往科技成果转化情况

1、欧阳东主持完成的广东省自然科学基金项目《混凝土超低水胶比拌和体系 的矿物减水理论研究》项目，成果巳被广州市黄埔粤和实业有限公司和广州市恒 达资源利用有限公司至20xx年起实施应用，开发出高性能矿物掺合料，累计新增 产值超过5000万元，累计新增利税超过1000万元。

2、欧阳东主持完成的广东省自然科学基金和广州市教委科研项目《矿物减水 理论与高性能掺合料和超高性能混凝土》，成果巳被广东省第四建筑工程公司实 施应用，在广州第二高楼一广东邮电大厦的施工中，将C80混凝土一次性泵上253

米高空，创下我国高强混凝土的生产施工纪录。

3、欧阳东主持完成的广州市建委科研项目《机场高性能混凝土的研究与应用》 已被国家重大工程-广州新白云国际机应用，所研制的新型高抗裂混凝土-补偿收 缩纤维混凝土成功用于航站楼的建设，用量超过4万立方。这是我国首次大规模 应用这种新型高抗裂混凝土材料。

5.3 项目获奖及已发表的与本课题研究有关的主要论文、专著情况

项目组发表高性能矿物掺合料和混凝土方面的研究论文50多篇（核心期刊30多篇）。1项高性能混凝土科研成果获得了20xx年度广东省科学技术进步奖二等奖（排名第一），1项专利成果20xx年获法国巴黎列宾国际发明竞赛金奖和全国发明奖。

项目团队在高强高性能混凝土及其矿物掺合料方面的主要论文有（第一作者部分）：

1.转炉钢渣的组成、矿物形貌及其胶凝特性，《硅酸盐学报》，第十九卷，第六期，1991

2.Study on steel slag-iron slag-clinker system cement, 4th CANMET/ACI international conference on fly ash, silica fume, slag and pozzolanas in

concrete,Istanbul,turkey,1992.

3.Mechanical properties of concretes containing steel slag ,first CANMET/ACI international symposium on advances in concretetechnology,Athens,greece,1992.

4.六组分高性能混凝土设计用强度公式的研究，《混凝土》，1997，3

5.转炉钢渣粉磨性能的实验研究，《水泥工程》，1997，2

6.现行国标《水泥胶砂强度检验方法》中水灰比设置问题的研究与商榷，《水泥》,1997，2

7.水泥抗折强度与空隙结构的关系，《水泥技术》，1997，6

8.含掺合料因素的混凝土强度公式研究，《建筑技术》，1998，1

9.稻壳灰中的纳米SiO2及其在混凝土中的应用，《中国农业环境学报》，2003,6

10.混凝土矿物减水剂的概念理论及其应用，《混凝土》，2000，1

11.混凝土矿物减水理论研究，《广东省首届青年科学家论坛论文集》，中国科学技术出版社，2000，4

12.混凝土矿物减水理论与C100超高性能混凝土，《建筑技术》，2001,1

13.稻壳灰显微结构及其中纳米SIO2电镜观察，《电子显微学报》，2003，5

14.粉煤灰补偿收缩纤维混凝土新技术在广州新白云国际机场航站楼工程的应用，《粉煤灰》，2003，5

15.纳米SIO2低温稻壳灰用于混凝土的研究，《新型建筑材料》，2003，8

16.钢铁厂电炉灰用作水泥铁质校正料的研究，《水泥》，2003,6

17.超高强混凝土抗化学腐蚀性能的研究，《中国建材科技》，2003，6

18.稻壳更有价值出路---制备混凝土顶级掺合料，《粮食与饲料工业》，2003，6

19.高抗裂混凝土材料的设计与应用，《新型建筑材料》，2003,6

20.能与硅灰媲美的矿物掺合料----低温稻壳灰，《中国建材》，2003，6

21.混凝土抗硫酸盐试验的一种新方法，《腐蚀与防护》，2003，8

22.稻壳灰显微结构的研究，《材料科学与工程学报》，2003，5

23.几种重要掺合料对混凝土用水量的影响，《中国港湾建设》，2003，12

24.稻壳灰和硅灰的波谱学对比研究，《混凝土》，2003，8

25.粉煤灰及其它掺合料对混凝土性能的影响，《粉煤灰综合利用》，2003,8

26.海砂混凝土氯离子渗透性研究，《混凝土》，2007，3

27.搅拌工艺和粉煤灰掺量对海砂混凝土氯离子渗透性的影响，《腐蚀与防护》，2007，6

28.六种搅拌工艺对海砂混凝土耐久性的影响，《新型建筑材料》，2007，7

29.广州新白云机场航站楼高抗裂混凝土新技术，《工业建筑》，2004，1

30.低温焚烧稻壳灰的显微结构及其化学活性，《硅酸盐学报》，2003，11

31.稻壳灰对高强超高强混凝土钢筋粘结力的影响，《工业建筑》，2003,11

32.超高强混凝土基本力学性能试验，《重庆建筑大学学报》，2003,6

5.4 是否曾列入2007-20xx年度双边（多边）政府间科技合作项目、科技部国际科技合作计划（提供立项文件复印件）

5.5 是否认定为科技部、省级国际科技合作基地（提供认定文件复印件）