專利名稱：一種稻殼的綜合利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稻殼的綜合利用方法，特別是涉及一種用稻殼生產(chǎn)亞微米級(jí)C/SiO2復(fù)合材料、生產(chǎn)納米級(jí)SiO2、制備超高比表面活性炭及此過程中洗滌液處理、稻殼燃燒熱及尾氣處理的方法。
我國(guó)年產(chǎn)稻谷約二億噸，折算成稻殼約四千萬(wàn)噸，占世界總產(chǎn)量的30％以上，居世界第一位，要按理論計(jì)算，每年我國(guó)單從稻殼內(nèi)就可以提取約800萬(wàn)噸高純度SiO2。可惜的是，目前稻殼資源都沒有被充分利用，作為農(nóng)業(yè)垃圾而浪費(fèi)了。中國(guó)1995年專利CN1,110,957中說明了使用稻殼為原料通過氣體活化法制取活性炭的方法。在專利CN86104705中介紹燃燒制備無(wú)定型二氧化硅的方法，以及在九十年代初有過一些由稻殼制取二氧化硅、四氯化硅及氮化硅的方法。這些方法都存在空氣污染嚴(yán)重、產(chǎn)品純度低等缺點(diǎn)，尤其是對(duì)稻殼燃燒熱、尾氣的處理，及生產(chǎn)高附加值、環(huán)保意義產(chǎn)品的綜合利用沒有報(bào)道。
本發(fā)明的目的就是提供一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、不但能生產(chǎn)亞微米級(jí)C/SiO2復(fù)合材料及納米級(jí)SiO2等產(chǎn)品，而且能夠大幅減小污染、產(chǎn)品純度高、大大增加經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的稻殼綜合利用的方法。
本發(fā)明所涉及的稻殼的綜合利用方法包括四個(gè)方面的內(nèi)容(1)生產(chǎn)亞微米級(jí)C/SiO2復(fù)合材料；(2)生產(chǎn)納米級(jí)SiO2；(3)制備超高比表面活性炭過程中洗滌液的處理；(4)稻殼燃燒熱及尾氣的處理。
本發(fā)明首先是將稻殼隔絕空氣進(jìn)行炭化，炭化溫度為300℃～500℃，時(shí)間為30～120分鐘，經(jīng)過研磨制備出亞微米級(jí)C/SiO2復(fù)合材料，粒徑為0.5μm～10μm，可直接用作橡膠填加劑。
其次將亞微米級(jí)C/SiO2復(fù)合材料，在沸騰爐內(nèi)以500℃～800℃燃燒，將產(chǎn)物酸洗，制得純度高于95％，平均粒徑30nm～100nm，比表面積大于100m2/g的納米級(jí)二氧化硅。
以氫氧化鉀為原料制備超高比表面活性炭過程中(用稻殼制備超高比表面活性炭的方法，詳見專利ZL98114553.1)洗滌液的處理洗滌液中硅酸根濃度0.01～0.1M，處理溫度在0℃～90℃，通入稻殼燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，控制pH值8～11形成硅溶膠，分離、干燥制備納米級(jí)二氧化硅，粒度10nm～100nm。根據(jù)不同需要可將得到碳酸氫鉀的溶液采用兩種方法處理，一是在低于100℃蒸發(fā)得到碳酸氫鉀，高于120℃熱處理得到碳酸鉀；二是向碳酸氫鉀的溶液中以一定的方式通入氧化鈣的水溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)得到納米級(jí)碳酸鈣(或普通輕質(zhì)碳酸鈣)和氫氧化鉀(返回超高比表面積活性炭工序循環(huán)利用)以氫氧化鈉為原料制備高比表面積活性炭過程中(用稻殼制備超高比表面活性炭的方法，詳見專利ZL98114553.1)洗滌液的處理洗滌液中硅酸根濃度0.01～0.1M，處理溫度在0℃～90℃，通入稻殼燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，控制pH值8～11形成硅溶膠，分離、干燥制備納米級(jí)二氧化硅，粒度10nm～100nm。將得到碳酸氫鈉的溶液，將此溶液與以一定的方式通入的氧化鈣水溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)得到納米級(jí)碳酸鈣(或普通輕質(zhì)碳酸鈣)和氫氧化鈉(返回超高比表面積活性炭工序循環(huán)利用)
無(wú)論是使用氫氧化鈉還是氫氧化鉀，采用加入氧化鈣法均可以使原料回收再利用，使用氫氧化鉀也可以直接回收更經(jīng)濟(jì)的碳酸鉀。加入價(jià)格低廉的氧化鈣，使價(jià)格較貴的氫氧化鉀(或氫氧化鈉)循環(huán)利用，大幅度降低了生產(chǎn)成本，使納米級(jí)碳酸鈣、納米級(jí)二氧化硅、納米微孔超高比表面積活性炭等高檔產(chǎn)品在價(jià)格上可以與普通同類產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。
利用稻殼制備亞微米級(jí)C/SiO2復(fù)合材料是一種新型橡膠填加劑，不僅具有較好的補(bǔ)強(qiáng)作用，而且大幅度提高了橡膠制品的耐磨性能。
由于稻殼硅均勻分布在稻殼中，控制好工藝條件得到納米級(jí)SiO2，這與用化學(xué)試劑制備的納米級(jí)SiO2相比，具有工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜等有利條件，并且利用了天然資源，減少了污染，改善了環(huán)境，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。
同時(shí)從稻殼制備納米微孔超高比表面積活性炭，比表面超過3500m2/g，這是一種新型超強(qiáng)吸附材料，是普通活性炭吸附能力的3-4倍，而且孔分布均勻，大大拓寬了活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域。(詳見專利ZL98114553.1)在稻殼的綜合利用中，值得一提的是稻殼燃燒熱的利用，稻殼燃燒熱的熱量值是3500-3700卡/Kg，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝流程就能夠使在稻殼炭化、反應(yīng)加熱、產(chǎn)品干燥、蒸餾水制備等生產(chǎn)過程用熱及廠區(qū)、辦公樓、家屬宿舍供暖等均由稻殼燃燒提供，這樣生產(chǎn)、生活用熱全部自給，從而有效地利用了天然資源，節(jié)約了能耗，降低了成本，大大提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
稻殼綜合利用的研究中，另一要點(diǎn)是燃燒尾氣的利用，這不僅減少了CO2在大氣中的排放量，中和了廢水中的殘堿量，使廢水再利用，使生產(chǎn)線變成潔凈工藝生產(chǎn)線，使企業(yè)變成無(wú)污染的綠色環(huán)保型企業(yè)，而且為企業(yè)增加了新產(chǎn)品，降低了工廠總成本，增加了經(jīng)濟(jì)效益。
綜上所述，本發(fā)明所述方法使稻殼這種農(nóng)業(yè)垃圾得到充分利用，既可以制備納米級(jí)二氧化硅、納米級(jí)碳酸鈣、亞微米級(jí)C/SiO2復(fù)合材料，又可以制備納米微孔超高比表面積活性炭，同時(shí)使能量得到充分利用，消除二氧化碳的排放對(duì)大氣臭氧層的影響，使生產(chǎn)線變成潔凈工藝生產(chǎn)線，可以使企業(yè)變成無(wú)污染的綠色環(huán)保型企業(yè)。
因此本發(fā)明所述方法具有工藝流程簡(jiǎn)單、制作方便、合理利用資源、產(chǎn)品附加值高、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著等優(yōu)良效果。
下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例1將稻殼在400℃下炭化1.5小時(shí)，得到稻殼炭化物，經(jīng)過粉碎機(jī)研磨，得到平均粒徑為2微米的C/SiO2復(fù)合材料；將C/SiO2復(fù)合材料在沸騰爐中以平均溫度600℃燃燒，將燃燒剩余物通入1M的H2SO4溶液處理，固液分離后，水洗干燥可以制得純度為96％的納米級(jí)二氧化硅，粒徑為60納米。
實(shí)施例2條件同實(shí)施例1，經(jīng)浮選分離出平均粒徑為3微米的C/SiO2復(fù)合材料，燃燒酸洗后可獲得80納米的二氧化硅。
實(shí)施例3條件同實(shí)施例1，用1M的HCl代替1M的H2SO4溶液，可得到純度為96％的二氧化硅。
實(shí)施例4使用專利ZL 98 1 14553.1制備活性炭的方法，加4份KOH，在750℃活化1小時(shí)后，冷卻，研磨洗滌得到比表面積為3100m2/g的活性炭，同時(shí)獲得富含硅酸根，碳酸根，鉀離子的洗滌液，調(diào)整洗滌液中硅酸根濃度為0.05M，在25℃下通入稻殼燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，當(dāng)pH值為10時(shí)，經(jīng)分離、洗滌、烘干，得到粒徑為50納米的二氧化硅，純度為99％以上。
實(shí)施例5條件同實(shí)施例4，控制最后pH值為8，得到粒徑為100納米的二氧化硅。
實(shí)施例6條件同實(shí)施例4，將分離硅酸后的液體濃縮后在120℃下熱處理，得到純度為98％的碳酸鉀。
實(shí)施例7條件同實(shí)施例4，將分離硅溶膠后的液體濃縮，與氫氧化鈣溶液噴淋式接觸，然后進(jìn)行固液分離，固相經(jīng)水洗干燥得到輕質(zhì)碳酸鈣，液相經(jīng)濃縮后熱處理得到氫氧化鉀。
實(shí)施例8條件同實(shí)施例4，將活化劑改為氫氧化鈉為3份，其他條件同實(shí)施例5，實(shí)施例7，最后得到氫氧化鈉。
權(quán)利要求
1.一種稻殼的綜合利用方法，其特征在于包括四個(gè)部分(1)生產(chǎn)亞微米級(jí)C/SiO2復(fù)合材料；(2)生產(chǎn)納米級(jí)SiO2；(3)制備超高比表面活性炭過程中洗滌液的處理；(4)稻殼燃燒熱及尾氣的處理。
2.一種如權(quán)利要求1所述的稻殼綜合利用的方法，其特征在于所述生產(chǎn)亞微米級(jí)C/SiO2復(fù)合材料的步驟為首先將稻殼隔絕空氣進(jìn)行炭化，炭化溫度為300℃～500℃，時(shí)間為30～120分鐘，經(jīng)過研磨制備出亞微米級(jí)C/SiO2復(fù)合材料，粒徑為0.5μm～10μm。
3.一種如權(quán)利要求1所述的稻殼綜合利用的方法，其特征在于所述生產(chǎn)納米級(jí)SiO2的方法為將權(quán)利要求2制備的亞微米級(jí)C/SiO2復(fù)合材料，在沸騰爐內(nèi)以500℃～800℃燃燒，將產(chǎn)物酸洗，制得純度高于95％，平均粒徑30nm～100nm，比表面積大于100m2/g的納米級(jí)二氧化硅。
4.一種如權(quán)利要求1所述的稻殼綜合利用的方法，其特征在于制備超高比表面活性炭過程中洗滌液的處理包括兩方面內(nèi)容，(1)以氫氧化鉀為原料制備超高比表面活性炭過程中洗滌液的處理洗滌液中硅酸根濃度0.01～0.1M，處理溫度在0℃～90℃，通入稻殼燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，控制pH值8～11形成硅酸，分離、干燥制備納米級(jí)二氧化硅，粒度10nm～100nm，根據(jù)不同需要可將得到碳酸氫鉀的溶液采用兩種方法處理，一是在低于100℃蒸發(fā)得到碳酸氫鉀，高于120℃熱處理得到碳酸鉀；二是向碳酸氫鉀的溶液中以一定的方式通入氧化鈣的水溶液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)得到納米級(jí)碳酸鈣(或普通輕質(zhì)碳酸鈣)和氫氧化鉀(返回超高比表面積活性炭工序循環(huán)利用)；(2)以氫氧化鈉為原料制備高比表面積活性炭過程中洗滌液的處理洗滌液中硅酸根濃度0.01～0.1M，處理溫度在0℃～90℃，通入稻殼燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，控制pH值8～11形成硅酸，分離、干燥制備納米級(jí)二氧化硅，粒度10nm～100nm，將得到碳酸氫鈉的溶液，將此溶液與氧化鈣的水溶液，在一定條件下反應(yīng)，可制備納米級(jí)碳酸鈣(或普通輕質(zhì)碳酸鈣)，同時(shí)回收氫氧化鈉(返回超高比表面積活性炭工序循環(huán)利用)。
5.一種如權(quán)利要求1所述的稻殼綜合利用的方法，其特征在于所述的稻殼燃燒熱及尾氣處理方法為燃燒熱可用于稻殼炭化、反應(yīng)加熱、產(chǎn)品干燥、蒸餾水制備等生產(chǎn)過程用熱及廠區(qū)、辦公樓、家屬宿舍供暖等；尾氣二氧化碳通入權(quán)利要求4洗滌液處理過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及稻殼的綜合利用方法。以稻殼為原料,可以制備亞微米級(jí)C/SiO
文檔編號(hào)B09B3/00GK1318437SQ0111943
公開日2001年10月24日 申請(qǐng)日期2001年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月25日
發(fā)明者王子忱, 郭玉鵬, 宋利珠, 趙純 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)