一種稻殼的綜合利用方法

2023-12-05 22:27:26 1

專利名稱：一種稻殼的綜合利用方法
技術領域：
本發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亞微米級C/SiO2複合材料、生產納米級SiO2、製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。
我國年產稻穀約二億噸，折算成稻殼約四千萬噸，佔世界總產量的30％以上，居世界第一位，要按理論計算，每年我國單從稻殼內就可以提取約800萬噸高純度SiO2。可惜的是，目前稻殼資源都沒有被充分利用，作為農業垃圾而浪費了。中國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製取活性炭的方法。在專利CN86104705中介紹燃燒製備無定型二氧化矽的方法，以及在九十年代初有過一些由稻殼製取二氧化矽、四氯化矽及氮化矽的方法。這些方法都存在空氣汙染嚴重、產品純度低等缺點，尤其是對稻殼燃燒熱、尾氣的處理，及生產高附加值、環保意義產品的綜合利用沒有報導。
本發明的目的就是提供一種生產工藝簡單、價格便宜、不但能生產亞微米級C/SiO2複合材料及納米級SiO2等產品，而且能夠大幅減小汙染、產品純度高、大大增加經濟效益和社會效益的稻殼綜合利用的方法。
本發明所涉及的稻殼的綜合利用方法包括四個方面的內容(1)生產亞微米級C/SiO2複合材料；(2)生產納米級SiO2；(3)製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。
本發明首先是將稻殼隔絕空氣進行炭化，炭化溫度為300℃～500℃，時間為30～120分鐘，經過研磨製備出亞微米級C/SiO2複合材料，粒徑為0.5μm～10μm，可直接用作橡膠填加劑。
其次將亞微米級C/SiO2複合材料，在沸騰爐內以500℃～800℃燃燒，將產物酸洗，製得純度高於95％，平均粒徑30nm～100nm，比表面積大於100m2/g的納米級二氧化矽。
以氫氧化鉀為原料製備超高比表面活性炭過程中(用稻殼製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矽酸根濃度0.01～0.1M，處理溫度在0℃～90℃，通入稻殼燃燒產生的二氧化碳，控制pH值8～11形成矽溶膠，分離、乾燥製備納米級二氧化矽，粒度10nm～100nm。根據不同需要可將得到碳酸氫鉀的溶液採用兩種方法處理，一是在低於100℃蒸發得到碳酸氫鉀，高於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行化學反應得到納米級碳酸鈣(或普通輕質碳酸鈣)和氫氧化鉀(返回超高比表面積活性炭工序循環利用)以氫氧化鈉為原料製備高比表面積活性炭過程中(用稻殼製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矽酸根濃度0.01～0.1M，處理溫度在0℃～90℃，通入稻殼燃燒產生的二氧化碳，控制pH值8～11形成矽溶膠，分離、乾燥製備納米級二氧化矽，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行化學反應得到納米級碳酸鈣(或普通輕質碳酸鈣)和氫氧化鈉(返回超高比表面積活性炭工序循環利用)
無論是使用氫氧化鈉還是氫氧化鉀，採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濟的碳酸鉀。加入價格低廉的氧化鈣，使價格較貴的氫氧化鉀(或氫氧化鈉)循環利用，大幅度降低了生產成本，使納米級碳酸鈣、納米級二氧化矽、納米微孔超高比表面積活性炭等高檔產品在價格上可以與普通同類產品競爭。
利用稻殼製備亞微米級C/SiO2複合材料是一種新型橡膠填加劑，不僅具有較好的補強作用，而且大幅度提高了橡膠製品的耐磨性能。
由於稻殼矽均勻分布在稻殼中，控制好工藝條件得到納米級SiO2，這與用化學試劑製備的納米級SiO2相比，具有工藝簡單，價格便宜等有利條件，並且利用了天然資源，減少了汙染，改善了環境，創造了經濟效益。
同時從稻殼製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用領域。(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，調整產品結構及工藝流程就能夠使在稻殼炭化、反應加熱、產品乾燥、蒸餾水製備等生產過程用熱及廠區、辦公樓、家屬宿舍供暖等均由稻殼燃燒提供，這樣生產、生活用熱全部自給，從而有效地利用了天然資源，節約了能耗，降低了成本，大大提高了產品的市場競爭能力。
稻殼綜合利用的研究中，另一要點是燃燒尾氣的利用，這不僅減少了CO2在大氣中的排放量，中和了廢水中的殘鹼量，使廢水再利用，使生產線變成潔淨工藝生產線，使企業變成無汙染的綠色環保型企業，而且為企業增加了新產品，降低了工廠總成本，增加了經濟效益。
綜上所述，本發明所述方法使稻殼這種農業垃圾得到充分利用，既可以製備納米級二氧化矽、納米級碳酸鈣、亞微米級C/SiO2複合材料，又可以製備納米微孔超高比表面積活性炭，同時使能量得到充分利用，消除二氧化碳的排放對大氣臭氧層的影響，使生產線變成潔淨工藝生產線，可以使企業變成無汙染的綠色環保型企業。
因此本發明所述方法具有工藝流程簡單、製作方便、合理利用資源、產品附加值高、經濟效益和社會效益顯著等優良效果。
下面結合具體實施例來進一步闡述本發明。
實施例1將稻殼在400℃下炭化1.5小時，得到稻殼炭化物，經過粉碎機研磨，得到平均粒徑為2微米的C/SiO2複合材料；將C/SiO2複合材料在沸騰爐中以平均溫度600℃燃燒，將燃燒剩餘物通入1M的H2SO4溶液處理，固液分離後，水洗乾燥可以製得純度為96％的納米級二氧化矽，粒徑為60納米。
實施例2條件同實施例1，經浮選分離出平均粒徑為3微米的C/SiO2複合材料，燃燒酸洗後可獲得80納米的二氧化矽。
實施例3條件同實施例1，用1M的HCl代替1M的H2SO4溶液，可得到純度為96％的二氧化矽。
實施例4使用專利ZL 98 1 14553.1製備活性炭的方法，加4份KOH，在750℃活化1小時後，冷卻，研磨洗滌得到比表面積為3100m2/g的活性炭，同時獲得富含矽酸根，碳酸根，鉀離子的洗滌液，調整洗滌液中矽酸根濃度為0.05M，在25℃下通入稻殼燃燒產生的二氧化碳，當pH值為10時，經分離、洗滌、烘乾，得到粒徑為50納米的二氧化矽，純度為99％以上。
實施例5條件同實施例4，控制最後pH值為8，得到粒徑為100納米的二氧化矽。
實施例6條件同實施例4，將分離矽酸後的液體濃縮後在120℃下熱處理，得到純度為98％的碳酸鉀。
實施例7條件同實施例4，將分離矽溶膠後的液體濃縮，與氫氧化鈣溶液噴淋式接觸，然後進行固液分離，固相經水洗乾燥得到輕質碳酸鈣，液相經濃縮後熱處理得到氫氧化鉀。
實施例8條件同實施例4，將活化劑改為氫氧化鈉為3份，其他條件同實施例5，實施例7，最後得到氫氧化鈉。
權利要求
1.一種稻殼的綜合利用方法，其特徵在於包括四個部分(1)生產亞微米級C/SiO2複合材料；(2)生產納米級SiO2；(3)製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。
2.一種如權利要求1所述的稻殼綜合利用的方法，其特徵在於所述生產亞微米級C/SiO2複合材料的步驟為首先將稻殼隔絕空氣進行炭化，炭化溫度為300℃～500℃，時間為30～120分鐘，經過研磨製備出亞微米級C/SiO2複合材料，粒徑為0.5μm～10μm。
3.一種如權利要求1所述的稻殼綜合利用的方法，其特徵在於所述生產納米級SiO2的方法為將權利要求2製備的亞微米級C/SiO2複合材料，在沸騰爐內以500℃～800℃燃燒，將產物酸洗，製得純度高於95％，平均粒徑30nm～100nm，比表面積大於100m2/g的納米級二氧化矽。
4.一種如權利要求1所述的稻殼綜合利用的方法，其特徵在於製備超高比表面活性炭過程中洗滌液的處理包括兩方面內容，(1)以氫氧化鉀為原料製備超高比表面活性炭過程中洗滌液的處理洗滌液中矽酸根濃度0.01～0.1M，處理溫度在0℃～90℃，通入稻殼燃燒產生的二氧化碳，控制pH值8～11形成矽酸，分離、乾燥製備納米級二氧化矽，粒度10nm～100nm，根據不同需要可將得到碳酸氫鉀的溶液採用兩種方法處理，一是在低於100℃蒸發得到碳酸氫鉀，高於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行化學反應得到納米級碳酸鈣(或普通輕質碳酸鈣)和氫氧化鉀(返回超高比表面積活性炭工序循環利用)；(2)以氫氧化鈉為原料製備高比表面積活性炭過程中洗滌液的處理洗滌液中矽酸根濃度0.01～0.1M，處理溫度在0℃～90℃，通入稻殼燃燒產生的二氧化碳，控制pH值8～11形成矽酸，分離、乾燥製備納米級二氧化矽，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，可製備納米級碳酸鈣(或普通輕質碳酸鈣)，同時回收氫氧化鈉(返回超高比表面積活性炭工序循環利用)。
5.一種如權利要求1所述的稻殼綜合利用的方法，其特徵在於所述的稻殼燃燒熱及尾氣處理方法為燃燒熱可用於稻殼炭化、反應加熱、產品乾燥、蒸餾水製備等生產過程用熱及廠區、辦公樓、家屬宿舍供暖等；尾氣二氧化碳通入權利要求4洗滌液處理過程。
全文摘要
本發明涉及稻殼的綜合利用方法。以稻殼為原料,可以製備亞微米級C/SiO
文檔編號B09B3/00GK1318437SQ0111943
公開日2001年10月24日 申請日期2001年5月25日 優先權日2001年5月25日
發明者王子忱, 郭玉鵬, 宋利珠, 趙純 申請人:吉林大學