專利名稱：一種利用稻殼灰生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物廢棄資源綜合利用的方法，特別是涉及一種利用發(fā)電后剩余 稻殼灰為原料生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的方法。
背景技術(shù)：
水稻是世界上種植面積最廣、產(chǎn)量最大的農(nóng)作物。當(dāng)前全世界稻谷總產(chǎn)量近6億 噸，而我國總產(chǎn)量約2億噸。稻谷中，稻殼約占20%。我國的稻殼資源雖然非常豐富，但目 前的利用率非常低。在農(nóng)村稻殼被用于牲口飼料，但由于其營養(yǎng)成分含量很低，再加上稻殼 表面被木質(zhì)素致密覆蓋，將粗纖維緊緊包圍住，所以牲口攝入總消化率只能達(dá)到5% -8%0 因此稻殼大部分作為廢物丟棄或用作低級燃料，這不僅污染環(huán)境，而且造成了資源的浪費(fèi)。 在城鎮(zhèn)大米加工廠，大量的稻殼堆積，利用率也非常低，絕大部分都被直接焚燒。由于稻殼 中二氧化硅含量較高，稻殼很難燃燒充分，所以除了向大氣中排放大量二氧化碳之外，還同 時產(chǎn)生大量的粉塵。目前，稻殼發(fā)電的技術(shù)日趨成熟，發(fā)電項目目前在國內(nèi)已經(jīng)推廣開來，稻殼已經(jīng)由 廢棄資源變成了生物能源。但是稻殼發(fā)電，會留下大量的稻殼灰，這些稻殼灰的堆積又造成 了新的污染和資源浪費(fèi)。稻殼灰主要有碳質(zhì)和二氧化硅組成。目前稻殼灰的利用方面，發(fā)達(dá)國家走在前面。 美國利用稻殼灰生產(chǎn)了高純二氧化硅；日本用稻殼灰直接制備了吸附劑；俄羅斯則已經(jīng)利 用稻殼灰開發(fā)出活性炭、水玻璃等產(chǎn)品。而發(fā)展中國家印度也已經(jīng)利用稻殼灰作為建筑材 料。我國目前可用于真正大規(guī)模生產(chǎn)的稻殼灰綜合利用技術(shù)非常少見。目前國內(nèi)稻殼灰綜合利用技術(shù)包括以下幾類第一類直接將稻殼燃燒，將有機(jī)物部分和碳全部燒掉，得到余下的白色產(chǎn)物就是 二氧化硅或者叫做白炭黑。如中國專利CNlO 1028926和中國專利CN86107192就采用了該 方法獲得二氧化硅。采用直接燃燒稻殼的方式獲得二氧化硅具有三個方面的缺點(diǎn)，首先相 對于稻殼發(fā)電，稻殼儲存的生物能源大部分被浪費(fèi)，僅僅部分被用于為碳的燃燒提供反應(yīng) 溫度所需的環(huán)境熱量；其次稻殼中的炭質(zhì)是非常優(yōu)異的無污染的炭資源，幾乎不含重金屬 離子，這些優(yōu)良的炭質(zhì)被直接燃燒，是較大的浪費(fèi)；最后得到的產(chǎn)物二氧化硅經(jīng)過高溫后已 經(jīng)由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)，活性降低，產(chǎn)品的品質(zhì)不高。第二類以燒堿為堿煮試劑，在加溫加壓的條件下將稻殼灰中的硅物種以硅酸鈉 水溶液的形式煮出，再經(jīng)過加酸中和沉淀出二氧化硅。如中國專利CN144997就以此路線 制備了二氧化硅氣凝膠；另外，中國專利 CN1039000、CN1113216、CN1669921、CN1724353、 CN1756719、CN1792789、CN101259964都各自公開了依此方法為基礎(chǔ)，通過各種改進(jìn)技術(shù)手 段獲得較高質(zhì)量二氧化硅的工藝。同時，也出現(xiàn)了以這一路線得到堿煮除硅以后的稻殼灰 為原料制備活性炭的一系列專利。如中國專利CN1319033、CN101264885、CN1319033A都以 堿煮后的稻殼灰為原料制備了合格的活性炭。該路線使得稻殼灰中的硅和碳都得到了充分 的利用，比第一類方法有了顯著進(jìn)步。但是，該路線仍舊有顯而易見的不足即在制備二氧化硅的過程中，采用了傳統(tǒng)的沉淀法生產(chǎn)白炭黑的技術(shù)，需要耗費(fèi)大量的燒堿和酸，既造成 很高的成本，又造成較大的環(huán)境污染，不具備工業(yè)開發(fā)價值。第三類方法是采用堿式碳酸鹽作為堿煮試劑，在加溫加壓的情況下，將稻殼灰中 的二氧化硅溶出，然后利用降溫的方式使得水合二氧化硅從堿煮溶液中析出，其化學(xué)方程 式如下
ZHa2CO3 + SiO2 + H2O ^ Ka2SiO3 + 2NaHO)3 (1)窩溫堿煮
Ma2SiO3 + ZMaHCO3 蘭 2Ma2C0g+ SiO2 ■ H2O (2
低溫析硅
在這個過程中，可以看出，碳酸鈉在前后沒有發(fā)生變化，因此在整個反應(yīng)中，堿是 沒有消耗，可以一直循環(huán)使用。該路線的發(fā)現(xiàn)使得稻殼灰綜合利用技術(shù)有了較大的改進(jìn)。以 此為基礎(chǔ)，中國專利CN1113216A公開了一種稻殼灰提取二氧化硅的方法，該方法是在加溫 加壓下將稻殼灰與碳酸鈉溶液在攪拌反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)，過濾除去碳渣，冷卻后經(jīng)過濾、打漿中 和、過濾、烘干和高溫烘干，得到二氧化硅產(chǎn)品。該方法的缺點(diǎn)在于，首先，高溫高壓下的強(qiáng) 堿性環(huán)境對設(shè)備腐蝕非常嚴(yán)重；其次，得到的碳渣含有大量的硅酸鈉、二氧化硅、碳酸鈉和 碳酸氫鈉，如果要綜合利用將該碳渣制備活性炭，則其洗滌和活化都難以繼續(xù)進(jìn)行；再次， 最終產(chǎn)品是在800-1000°C的高溫下烘干獲得的，二氧化硅經(jīng)過高溫后已由原來的非晶態(tài)向 晶態(tài)轉(zhuǎn)變，活性降低，產(chǎn)品的品質(zhì)不高。而中國專利CN101417798A則公開了另一條基于此 的生產(chǎn)活性炭和白炭黑的路線，即先將稻殼燃燒，兩級除塵后收集燃燒得到的CO2,在降溫 沉淀二氧化硅的過程中將收集的CO2通入，沉淀、陳化、過濾、洗滌、干燥，獲得二氧化硅。該 方法的特點(diǎn)在于，二氧化碳的利用，既實現(xiàn)減排，又使得二氧化硅單循環(huán)的產(chǎn)量要大于自然 降溫析出的二氧化硅。但是，仔細(xì)研究不難發(fā)現(xiàn)，該方法一方面實際上并未達(dá)到減排的效 果因為堿液要循環(huán)使用，當(dāng)溶液中通入大量二氧化碳以后，碳酸氫根達(dá)到飽和，在第二個 循環(huán)中，要么碳酸氫根在高溫下直接分解，重新變成二氧化碳排放出去；要么碳酸氫根完全 飽和，溶液中不需要繼續(xù)通入，僅僅消耗了第一個循環(huán)中微量的二氧化碳；另一方面，從反 應(yīng)式(1)可以看出，堿液中碳酸氫根增多，則反應(yīng)平衡向左進(jìn)行，因此達(dá)到平衡時，溶液中 的Na2SiO3含量要低于上一個循環(huán)，從而導(dǎo)致第二個循環(huán)產(chǎn)量下降，并且稻殼灰中的二氧化 硅也除不干凈，最終得到的活性炭灰分過高，質(zhì)量較低。另外，由于是采用直接焚燒的方式 對稻殼進(jìn)行的碳化，生物能源大部分都被浪費(fèi)；同時，其同樣采用高溫高壓堿煮的方式溶出 二氧化硅，對設(shè)備的腐蝕比較嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用發(fā)電稻殼灰生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的 方法，采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的多孔納米二氧化硅具有均一孔道，活性炭具有高比表面積，本 發(fā)明還解決了設(shè)備腐蝕問題；廢酸廢堿處理簡便，并可循環(huán)利用，無污水排放，有利保護(hù)環(huán)
^Mi ο本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，其包括以下步驟(1)按照稻殼灰與水的體積比為1 0. 8 10的比例，將稻殼灰用水清洗1 4次，除去上層燃燒不完全的稻殼以及底部沉積的泥沙，干燥至水含量低于1%，破碎，過20 400目篩除去大顆粒；(2)用pH值為0 5的無機(jī)酸(例如鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸，或這些酸的兩兩混合 酸)溶液對破碎過篩后的稻殼灰在10 105°C下浸泡1 24小時，所述無機(jī)酸溶液與稻殼 灰體積比為1 0.6 5，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡完成后直接過濾，分離出濾渣和酸液; 酸液可循環(huán)使用；(3)將步驟(2)獲得的濾渣加入到質(zhì)量濃度為10 30%的碳酸鈉溶液或碳酸鉀 溶液當(dāng)中，碳酸鈉或碳酸鉀溶液的量為濾渣體積的1. 2 3倍，在80 100°C下攪拌反應(yīng) 1.5 8小時，過濾；(4)將步驟(3)所得濾液置于沉淀槽中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為臨界膠束濃度的30% 200%的分散劑，均勻混合后，降溫至20 60°C，陳化4 72小時，過濾，濾液保留進(jìn)入步驟 (5)；濾渣用水清洗2 4遍至中性，回流萃取分散劑，液相回收，固相調(diào)漿噴霧干燥，得到多 孔納米二氧化硅；或者，濾渣用水清洗2 4遍至中性，1 ;TC /min程序升溫至450_600°C 下保持2-4小時，得到多孔納米二氧化硅；(5)將步驟(4)得到的濾液與步驟(3)得到的濾渣混合，在80 100°C下攪拌1 4小時，過濾，得到的濾液置于沉淀槽中，降溫至20 60°C，在該溫度下陳化4 72小時， 過濾，濾液與步驟(4)第1遍清洗濾渣得到的溶液混合，補(bǔ)充由于濾渣夾帶損失的少量碳酸 鈉(或碳酸鉀)和分散劑后，返回步驟(3)重復(fù)利用，濾渣并入步驟(4)所得濾渣，制備多 孔納米二氧化硅；(6)將第(3)步過濾后得到的濾渣與活化劑按照質(zhì)量比為1 2 3的比例均勻混 合后，在600 800°C下活化1 3小時，加入體積量為活化產(chǎn)物1. 5 3倍的水煮沸10 40分鐘，過濾，濾液濃縮后重復(fù)利用，濾渣洗滌2 4遍至中性，再在90 115°C下烘干，得 到活性炭；洗滌用水循環(huán)處理第(2)步得到的酸液可在循環(huán)使用四次后送入廢液池，與第 (4)步中第二遍清洗以后的清洗廢堿水及第(6)步洗滌活性炭的清洗廢堿水進(jìn)行中和，中 和后進(jìn)入蒸發(fā)裝置生產(chǎn)工業(yè)用鹽和洗滌用蒸餾水。以下為進(jìn)一步改進(jìn)的優(yōu)選方案步驟(1)所述稻殼灰與水的體積比為1 1. 1 2 ；干燥方式為自然曬干，或者干 燥箱烘干，干燥箱溫度為80 150°C，干燥時間為2 5個小時，破碎后過篩時選擇的篩網(wǎng) 為40 100目。步驟(2)所述無機(jī)酸優(yōu)選鹽酸、硫酸、硝酸及它們兩兩混合酸的溶液，濃度以氫離 子濃度計量，換算成PH值為1 4，所述無機(jī)酸溶液與稻殼灰體積比為1 1 2.5，浸泡 的溫度為40 80°C，浸泡時間為2 4小時。步驟(3)所述碳酸鈉溶液或碳酸鉀溶液的質(zhì)量濃度為15% 20%，加熱溫度為 90 100°C，反應(yīng)時間為2 4小時。步驟(4)所述分散劑包括聚乙二醇系列(PEG)和聚氧乙烯醚(AEO)系列表面活 性劑，其中，聚乙二醇系列包括但不限于PEG-200，PEG-400, PEG-600, PEG-800, PEG-1500, PEG-2000, PEG-3000, PEG-4000, PEG-6000及其混合物；聚氧乙烯醚系列表面活性劑包括但 不限于AE0-3，AE0-5, AE0-7及其混合物，在加入所述分散劑時，既可以加入聚乙二醇系列 的單個化合物或者混合物，也可以加入聚氧乙烯醚系列的單個化合物或者混合物，還可以加入聚乙二醇系列和聚氧乙烯醚混合物；分散劑的質(zhì)量濃度為該單個化合物或者混合物在 該體系中的臨界膠束濃度(CMC)的40% 150%。步驟(4)所述陳化溫度為30 50°C，陳化時間為8 24小時。步驟(6)所述活化劑為選自碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鉀、氫氧化鉀中的一種或者幾 種的混合物。同現(xiàn)有的稻殼制備二氧化硅和活性炭的方法相比，本發(fā)明具有如下顯著的積極效 果1)稻殼灰預(yù)先破碎，使得在用酸液除去金屬離子、用堿液煮出二氧化硅以及碳渣活化 的時候，反應(yīng)面積增大，反應(yīng)速度增加，從而使得金屬離子去除更加徹底；堿煮溶出溫度降 低，速度加快，有利于降低能耗；碳渣活化時活化劑同碳渣混合更均勻，得到的活性炭質(zhì)量 更高；2)本發(fā)明采用在循環(huán)生產(chǎn)中不消耗的碳酸鈉或碳酸鉀作為堿煮試劑，清洗稻殼灰采 用的酸和水都循環(huán)利用，大大降低了生產(chǎn)成本；3)采用較低溫度下二次堿煮技術(shù)，避免了 設(shè)備腐蝕的問題，同時，二次堿煮將第一次堿煮后稻殼灰中殘余的二氧化硅完全溶出，得到 優(yōu)異的制備活性炭的原料；4)對廢酸廢堿的中和、純化處理，解決了工業(yè)污水排放問題；5) 用聚乙二醇或聚氧乙烯醚作為分散劑，一方面起到了真正的分散作用，使得產(chǎn)物粒子粒徑 非常小；另一方面，由于聚乙二醇和聚氧乙烯醚的膠束形貌影響，得到的產(chǎn)物粒子成球狀， 具有良好的消光性能；6)得到的多孔納米二氧化硅和高比表面的活性炭都具有極高的附 加值；7)本發(fā)明將發(fā)電后剩余的稻殼灰最徹底的利用，這使得稻殼作為廢棄生物資源和潛 在生物能源都得到了完美的利用，綜合這些技術(shù)將形成一個新的低碳的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實施例1(1)取IOKg稻殼灰，按照稻殼灰與水的體積比1 1. 5的比例，將稻殼灰用水清洗 2次，除去上層燃燒不完全的稻殼以及底部沉積的泥沙，110°C下干燥至水含量低于1%，破 碎，過100目篩，除去大顆粒；(2)用pH值為3的硫酸溶液在60°C下浸泡4小時，硫酸溶液與稻殼灰體積比為 1 1.5，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡完成后直接過濾，分離出濾渣和酸液；酸液循環(huán)使用；(3)將步驟(2)獲得的濾渣加入到質(zhì)量濃度為15%的碳酸鉀溶液當(dāng)中，濾渣與碳 酸鉀溶液體積比為1 1.2，在98°C下攪拌反應(yīng)3小時，保持體系溫度下過濾；(4)將步驟(3)所得濾液置于沉淀槽中，加入2. 5Kg聚氧乙烯醚AE0-7，均勻混合 后降溫至45°C，陳化30小時，過濾，濾液保留進(jìn)入步驟(5)，濾渣用水清洗4遍至中性，1°C / min程序升溫至550°C，保溫4小時，得到多孔納米二氧化硅4. 58Kg ；(5)將步驟(4)得到的濾液與步驟(3)得到的濾渣混合，在95°C下攪拌2小時， 立即過濾，得到的濾液置于沉淀槽中，降溫至40°C，在該溫度下陳化24小時，過濾，濾液與 步驟(4)第一遍清洗濾渣得到的溶液混合，補(bǔ)充加入0. 15Kg碳酸鉀和0. 5Kg聚氧乙烯醚 AE0-7后，返回步驟(3)重復(fù)利用，濾渣用水清洗4遍至中性，回流萃取分散劑，液相回收，固 相1°C /min程序升溫至550°C下保持4小時，得到多孔納米二氧化硅1. 09Kg ；(6)將步驟(3)過濾后得到的濾渣與碳酸鉀按照質(zhì)量比為1 3的比例均勻混合 后，在650°C下活化1. 5小時，加入體積量為活化產(chǎn)物1. 5倍的水煮沸45分鐘，過濾，濾液濃縮后重復(fù)利用，濾渣洗滌4遍至中性，在100°C下烘干，得到活性炭3. 47Kg。洗滌用水循環(huán)處理步驟(2)得到的無機(jī)酸溶液在循環(huán)使用四次后進(jìn)入廢液池， 與第(4)步中第二遍清洗以后的清洗廢堿水及第(6)步洗滌活性炭的清洗廢堿水進(jìn)行中 和，中和后進(jìn)入蒸發(fā)裝置生產(chǎn)工業(yè)用鹽和洗滌用蒸餾水。所得納米二氧化硅產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如下SiO2含量98.1% 外觀白色粉末DBP吸油值5. 2ml/g 一次粒子粒徑90nm比表面490m2/g 總鐵含量 16mg/Kg灼燒減量1.2%所得活性炭產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如下比表面積3370m2/g 亞甲基藍(lán)吸附值367. 9mg/g總鐵含量23mg/Kg實施例2(1)取IOKg稻殼灰，按照稻殼灰與水的體積比為1 2的比例，將稻殼灰清洗3次， 除去上層燃燒不完全的稻殼以及底部沉積的泥沙，110°c下干燥至水含量低于1%，破碎，過 60目篩除去大顆粒；(2)用pH值為4的鹽酸溶液在40°C下浸泡2小時，鹽酸溶液與稻殼灰體積比為 1 1.2，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡完成后直接過濾分離出濾渣和酸液。酸液循環(huán)使用；(3)將步驟(2)獲得的濾渣加入到質(zhì)量濃度為15%的碳酸鈉溶液當(dāng)中，濾渣與碳 酸鈉溶液體積比為1 1.5，在95°C下攪拌反應(yīng)4小時，保持體系溫度下過濾；(4)將步驟(3)濾液置于沉淀槽中，加入3Kg聚乙二醇PEG-2000，均勻混合后降溫 至30°C，在該溫度下陳化24小時，過濾，濾液保留進(jìn)入步驟(5)，濾渣用水清洗3遍至中性， 回流萃取分散劑，液相回收，固相調(diào)漿噴霧干燥，得到多孔納米二氧化硅4. 31Kg ；(5)將步驟(4)得到的濾液同步驟(3)得到的濾渣混合，在90°C下攪拌2小時， 保溫，過濾，得到的濾液置于沉淀槽中，降溫至20°C，在該溫度下陳化24小時，過濾，濾液 與步驟(4)第一遍清洗濾渣得到的溶液混合，補(bǔ)充加入0. 2Kg碳酸鈉和0. 4Kg聚乙二醇 PEG-2000后，返回步驟(3)重復(fù)利用，濾渣用水清洗3遍至中性，回流萃取分散劑，液相回 收，固相噴霧干燥，得到多孔納米二氧化硅1. 28Kg ；(6)將步驟(3)過濾后得到的濾渣與氫氧化鈉按照質(zhì)量比為1 2的比例均勻混 合后，在70(TC下活化2小時，加入體積量為活化產(chǎn)物1. 5倍的水煮沸30分鐘，過濾，濾液濃 縮后重復(fù)利用，濾渣洗滌3遍至中性，在100°C下烘干，得到活性炭3. 65Kg。洗滌用水循環(huán)處理在第二步中得到的酸液在循環(huán)使用四次后進(jìn)入廢液池，與第 四步中第二遍清洗以后的清洗廢堿水以及第六步洗滌活性炭的清洗廢堿水進(jìn)行中和，中和 后進(jìn)入蒸發(fā)裝置生產(chǎn)工業(yè)用鹽和洗滌用蒸餾水。所得納米二.氧化硅產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如下
SiO2含量97. 3% 外觀白色粉末
DBP吸油值4. lml/g 一次粒子粒徑:30nm
比表面340m2/g 總鐵含量17mg/Kg
灼燒減量3. 7%
所得活性炭產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如下比表面積2480m2/g亞甲基藍(lán)吸附值283. 5mg/g總鐵含量29mg/Kg實施例3(1)取IOKg發(fā)電稻殼灰，按照稻殼灰與水的體積比為1 1. 3的比例，將發(fā)電稻殼 灰清洗3次，除去上層燃燒不完全的稻殼以及底部沉積的泥沙，80°C下干燥至水含量低于 1%，破碎，過40目篩除去大顆粒；(2)用pH值為4的硝酸溶液在55 °C下浸泡3小時，酸液稻殼灰體積比在 1 1.4，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡完成后直接過濾分離出濾渣和酸液。酸液循環(huán)使用；(3)將步驟(2)獲得的濾渣加入到質(zhì)量濃度為15%的碳酸鈉溶液當(dāng)中，二者體積 比為1 1.3，在100°C下攪拌反應(yīng)4小時，保持體系溫度下過濾；(4)將步驟(3)濾液置于沉淀槽中，加入IKg聚乙二醇PEG-2000和1. 6Kg聚氧乙烯 醚AE0-3，均勻混合后降溫至50°C，在該溫度下陳化48小時，過濾，濾液保留進(jìn)入步驟(5)， 濾渣用水清洗4遍至中性，回流萃取分散劑，液相回收，固相1°C /min程序升溫至560°C下 保持4小時，得到多孔納米二氧化硅4. 61Kg ；(5)將步驟(4)得到的濾液同步驟(3)得到的濾渣混合，在100°C下攪拌2小時， 保持體系溫度下過濾，得到的濾液置于沉淀槽中，降溫至50°C，在該溫度下陳化48小時，過 濾，濾液與步驟(4)第1遍清洗濾渣得到的溶液混合，補(bǔ)充加入0. IKg碳酸鈉、0. IKg聚乙二 醇PEG-2000和0. 16Kg聚氧乙烯醚AE0-3后，返回步驟(3)重復(fù)利用，濾渣用水清洗4遍至 中性，回流萃取分散劑，液相回收，固相1°C /min程序升溫至560°C下保持4小時，得到多孔 納米二氧化硅0. 94Kg ；(6)將第三步過濾后得到的濾渣與碳酸鈉按照質(zhì)量比為1 3的比例均勻混合后， 在650°C下活化2小時，加入體積量為活化產(chǎn)物1. 5倍的水煮沸30分鐘，過濾，濾液濃縮后 重復(fù)利用，濾渣洗滌4遍至中性，在110°C下烘干，得到活性炭3. 77Kg。洗滌用水循環(huán)處理同實施例1。所得納米二氧化硅產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如下SiO2含量 97.9% 外觀白色粉末DBP吸油值 4. 8ml/g 一次粒子粒徑80nm比表面410m2/g 總鐵含量 21mg/Kg灼燒減量 1.3%所得活性炭產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如下比表面積2320m2/g 亞甲基藍(lán)吸附值241. 8mg/g總鐵含量25mg/Kg實施例4(1)取IOKg發(fā)電稻殼灰，按照稻殼灰與水的體積比為1 2的比例，將發(fā)電稻殼 灰清洗3次，除去上層燃燒不完全的稻殼以及底部沉積的泥沙，80°C下干燥至水含量低于 1%，破碎，過40目篩除去大顆粒。(2)用pH值為3的鹽酸和硫酸混合溶液(其中H2SO4和HCl物質(zhì)的量的比為1 1) 在45°C下浸泡3小時，酸液稻殼灰體積比在1 1.6，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡完成后
9直接過濾分離出濾渣和酸液。酸液循環(huán)使用。(3)將步驟(2)獲得的濾渣加入到質(zhì)量濃度為15%的碳酸鈉溶液當(dāng)中，二者體積 比為1 1.3，在100°C下攪拌反應(yīng)4小時，保持體系溫度下過濾。(4)將步驟(3)濾液置于沉淀槽中，加入1. 5Kg聚乙二醇PEG-2000和1. 5Kg聚乙 二醇PEG-4000，均勻混合后降溫至50°C，在該溫度下陳化48小時，過濾，濾液保留進(jìn)入步 驟(5)，濾渣用水清洗4遍至中性，回流萃取分散劑，液相回收，固相1°C /min程序升溫至 560°C下保持4小時，得到多孔納米二氧化硅4. 82Kg。(5)將步驟(4)得到的濾液同步驟(3)得到的濾渣混合，在100°C下攪拌2小時， 保持體系溫度下過濾，得到的濾液置于沉淀槽中，降溫至50°C，在該溫度下陳化48小時，過 濾，濾液與步驟(4)第1遍清洗濾渣得到的溶液混合，補(bǔ)充加入0. IKg碳酸鈉、0. 15Kg聚乙 二醇PEG-2000和0. 15Kg聚乙二醇PEG-4000后，返回步驟(3)重復(fù)利用，濾渣用水清洗4 遍至中性，回流萃取分散劑，液相回收，固相1°C /min程序升溫至560°C下保持4小時，得到 多孔納米二氧化硅0. 63Kg。(6)將第三步過濾后得到的濾渣與碳酸鈉按照質(zhì)量比為1 4的比例均勻混合后， 在70(TC下活化2小時，加入體積量為活化產(chǎn)物1. 5倍的水煮沸30分鐘，過濾，濾液濃縮后 重復(fù)利用，濾渣洗滌4遍至中性，第一遍的濾液并入水煮后濾液濃縮，在110°C下烘干，得到 活性炭3. 39Kg。(7)洗滌用水循環(huán)處理。同實施例1步驟(7)。
所得納米二二氧化硅產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如下
SiO2含量 98. 1% 外觀白色粉末
DBP吸油值4. 4ml/g 一次粒子粒徑:60nm
比表面390m2/g 總鐵含量19mg/Kg
灼燒減量 1. 2%
所得活性炭產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如下
比表面積:2557m2/g 甲基藍(lán)吸附值261. 8mg//g
總鐵含量:23mg/Kg
權(quán)利要求
一種利用稻殼灰生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)按照稻殼灰與水的體積比為1∶0.8～10的比例，將稻殼灰用水清洗1～4次，除去上層燃燒不完全的稻殼以及底部沉積的泥沙，干燥至水含量低于1％，破碎，過20～400目篩除去大顆粒；(2)用pH值為0～5的無機(jī)酸溶液對破碎過篩后的稻殼灰在10～105℃下浸泡1～24小時，所述無機(jī)酸溶液與稻殼灰體積比為1∶0.6～5，浸泡過程中不斷攪拌，浸泡完成后直接過濾，分離出濾渣和酸液；酸液可循環(huán)使用；(3)將步驟(2)獲得的濾渣加入到質(zhì)量濃度為10～30％的碳酸鈉溶液或碳酸鉀溶液當(dāng)中，碳酸鈉或碳酸鉀溶液的量為濾渣體積的1.2～3倍，在80～100℃下攪拌反應(yīng)1.5～8小時，過濾；(4)將步驟(3)所得濾液置于沉淀槽中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為臨界膠束濃度的30％～200％分散劑，均勻混合后，降溫至20～60℃，陳化4～72小時，過濾，濾液保留進(jìn)入步驟(5)；濾渣用水清洗2～4遍至中性，回流萃取分散劑，液相回收，固相調(diào)漿噴霧干燥，得到多孔納米二氧化硅；或者，濾渣用水清洗2～4遍至中性，1～3℃/min程序升溫至450～600℃下保持2 4小時，得到多孔納米二氧化硅；(5)將步驟(4)得到的濾液與步驟(3)得到的濾渣混合，在80～100℃下攪拌1～4小時，過濾，得到的濾液置于沉淀槽中，降溫至20～60℃，在該溫度下陳化4～72小時，過濾，濾液與步驟(4)第1遍清洗濾渣得到的溶液混合，補(bǔ)充由于濾渣夾帶損失的少量碳酸鈉或碳酸鉀和分散劑后，返回步驟(3)重復(fù)利用，濾渣并入步驟(4)所得濾渣，制備多孔納米二氧化硅；(6)將第(3)步過濾后得到的濾渣與活化劑按照質(zhì)量比為1∶2～3的比例均勻混合后，在600～800℃下活化1～3小時，加入體積量為活化產(chǎn)物1.5～3倍的水煮沸10～40分鐘，過濾，濾液濃縮后重復(fù)利用，濾渣洗滌2～4遍至中性，再在90～115℃下烘干，得到活性炭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用稻殼灰生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的方法，其特征 在于，步驟(1)所述稻殼灰與水的體積比為1 1.1 2;干燥方式為自然曬干，或者干燥 箱烘干，干燥箱溫度為80 150°C，干燥時間為2 5個小時，破碎后過篩時，篩網(wǎng)為40 100 目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用稻殼灰生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的方法，其 特征在于，步驟(2)所述無機(jī)酸為鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸，或所述鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸的 兩兩混合酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用稻殼灰生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的方法，其特征 在于，鹽酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液或它們的兩兩混合酸溶液的PH值為1 4，鹽酸溶液、 硫酸溶液、硝酸溶液或它們的兩兩混合酸溶液與稻殼灰體積比為1 1 2. 5，浸泡溫度為 40 80°C，浸泡時間為2 4小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用稻殼灰生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的方法，其 特征在于，步驟(3)所述碳酸鈉溶液或碳酸鉀溶液的質(zhì)量濃度為15% 20%，加熱溫度為 90 96°C，反應(yīng)時間為2 4小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用稻殼灰生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的方法， 其特征在于，步驟(4)所述加入體系的分散劑包括聚乙二醇系列和聚氧乙烯醚系列表面活 性劑，其中，聚乙二醇系列包括但不限于PEG-200，PEG-400, PEG-600, PEG-800, PEG-1500, PEG-2000, PEG-3000, PEG-4000, PEG-6000及其混合物；聚氧乙烯醚系列表面活性劑包括但 不限于AE0-3，AE0-5, AE0-7及其混合物，在加入上述分散劑時，既可以加入聚乙二醇系列 的單個化合物或者混合物，也可以加入聚氧乙烯醚系列的單個化合物或者混合物，還可以 加入聚乙二醇系列和聚氧乙烯醚混合物，分散劑的質(zhì)量濃度為該單個化合物或者混合物在 該體系中的臨界膠束濃度的40% 150%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用稻殼灰生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的方法，其 特征在于，步驟⑷所述陳化溫度為30 50°C，陳化時間為8 24小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用稻殼灰生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的方法，其 特征在于，步驟(6)所述活化劑為選自碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鉀、氫氧化鉀中的一種或者 幾種的混合物。
全文摘要
一種利用稻殼灰生產(chǎn)多孔納米二氧化硅和活性炭的方法，其包括以下步驟在較低溫度和常壓下采用堿式碳酸鹽二次堿溶，過濾得到堿溶濾液和濾渣，濾液加入一定量分散劑，降溫陳化，過濾，洗滌、脫去分散劑后，得到多孔納米二氧化硅；得到的堿溶濾渣加入活化劑，活化、洗滌、干燥后得到高比表面活性炭。堿和活化劑可循環(huán)利用，僅有少量損失。本方法不采用高溫高壓堿煮，不會對設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，原料充足，價格低廉，無環(huán)境污染，所獲得的活性炭和二氧化硅均具有較高的質(zhì)量。
文檔編號C01B33/12GK101920966SQ201010231668
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者劉星強(qiáng), 夏適, 孫成高, 李靖波, 湯建良 申請人:化工部長沙設(shè)計研究院;湖南益陽粒粒晶糧食購銷有限公司