專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用稻殼灰制備二氧化硅和活性炭的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稻殼灰制備二氧化硅和活性炭的新方法，特別涉及以稻殼灰為原料，同步溶硅、活化制備二氧化硅和活性炭過(guò)程中二氧化碳和碳酸鈉循環(huán)利用的新方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)化迅猛發(fā)展的今天，人類(lèi)正面臨著環(huán)境急劇惡化的壓力。其中由溫室效應(yīng) 所引起的全球氣溫上升是人們首要解決的問(wèn)題之一。為了應(yīng)對(duì)全球氣候變化，各國(guó)政府都 會(huì)采取經(jīng)濟(jì)手段、環(huán)境保護(hù)手段、法律手段甚至必要的行政手段，限制高能耗、高污染產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展。我國(guó)“控制溫室氣體排放的行動(dòng)目標(biāo)”是到2020年實(shí)現(xiàn)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧 化碳減排40%。走好低碳之路，就是要力爭(zhēng)在保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的總體目標(biāo)下，以最小的成 本實(shí)現(xiàn)碳強(qiáng)度減排目標(biāo)。低碳經(jīng)濟(jì)和綠色增長(zhǎng)將成為未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大趨勢(shì)。因此對(duì)于生 物質(zhì)及其產(chǎn)物的利用正是以這一目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)。我國(guó)是世界上稻殼資源最豐富的國(guó)家，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比利用率低，綜合利用 效益差。美國(guó)的D.K.斯蒂芬斯發(fā)明的專(zhuān)利CN1319033A公開(kāi)了一種對(duì)稻殼熱解獲得的稻殼 灰進(jìn)行苛化煮解制得的活性炭，其碘值至少為650-1000.但對(duì)稻殼灰中的主要成分硅卻沒(méi) 有涉及。專(zhuān)利CN101348255公開(kāi)了以稻殼灰為原料獲得的二氧化硅水凝膠，再進(jìn)行溶劑替 換，制備疏水二氧化硅氣凝膠的方法；專(zhuān)利CN1449997公開(kāi)了以稻殼灰為原料制備二氧化 硅氣凝膠的方法；CN1669921公開(kāi)了稻殼灰經(jīng)過(guò)強(qiáng)堿水溶液浸取、中和生成二氧化硅水溶 膠、向溶膠中加入有機(jī)硅化合物進(jìn)行處理，形成水凝膠、水凝膠經(jīng)老化、水洗、有機(jī)溶劑置換 水凝膠中的水分、常壓干燥，制得二氧化硅氣凝膠的方法；CN1039000公開(kāi)了將稻殼灰在加 溫、加壓的條件下與燒堿溶液反應(yīng)生成水玻璃和活性炭的工藝；CN1229057公開(kāi)了在加溫、 加壓、加水條件下將稻殼灰與火堿按10 3的比例投入反應(yīng)釜中制備活性炭和水玻璃產(chǎn)品 的工藝；CN1319033公開(kāi)了一種對(duì)稻殼熱解灰進(jìn)行苛化煮解制得活性炭的方法；CN1756719 公開(kāi)了稻殼灰經(jīng)堿煮濾液通入二氧化碳沉淀制備二氧化硅，產(chǎn)生的碳酸鈉與氧化鈣反應(yīng)再 生成氫氧化鈉循環(huán)利用的方法；CN1792789公開(kāi)了稻殼灰經(jīng)酸洗、堿煮、鹽酸中和成凝膠、 干燥后高能球磨制備納米二氧化硅的方法；CN101259964公開(kāi)了以稻殼灰為原料常壓干燥 制備二氧化硅氣凝膠的方法；CN101264885公開(kāi)了利用稻殼灰制取水玻璃后的堿溶濾渣 經(jīng)洗滌，并采用氫氧化鉀為活化劑進(jìn)行活化；再經(jīng)洗滌、烘干制成高吸附值活性炭的工藝； CN101391778公開(kāi)了將稻殼灰水洗至中性，烘干后堿洗制得水玻璃溶液，加入金屬離子螯合 齊U，超聲波輔助洗滌制得高純度白炭黑的方法；CN101402458公開(kāi)了稻殼灰的堿法處理制 備納米二氧化硅的工藝；CN1319033公開(kāi)了一種對(duì)稻殼熱解獲得的稻殼灰進(jìn)行苛化煮解制 得的活性炭；CN101456555公開(kāi)了將稻殼灰先堿洗再酸洗，經(jīng)二次活化制得高模數(shù)水玻璃 和活性炭的方法；CN1113216公開(kāi)了稻殼灰在加溫加壓的條件下和純堿溶液在攪拌反應(yīng)釜 內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)濾、冷卻、過(guò)濾、打漿中和、過(guò)濾、烘干和高溫烘干二氧化硅的方法。以上專(zhuān)利中，部分專(zhuān)利利用稻殼灰中的硅源單獨(dú)制備水玻璃、二氧化硅；部分專(zhuān)利利用稻殼灰中的碳源單獨(dú)制備活性炭，并未將稻殼灰充分利用。還有部分專(zhuān)利先分離炭與二氧化硅，再高溫活化炭制備活性炭，使得反應(yīng)的成本過(guò)高。并且大部分的專(zhuān)利并未考慮到 在生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢液、廢氣對(duì)環(huán)境的污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于將稻殼熱解后的稻殼灰制備納米二氧化硅和活性炭，制備過(guò)程為不產(chǎn)生廢氣、廢渣的低碳綠色工藝。本發(fā)明包括以下二個(gè)步驟(1)高溫熔融活化濾渣制備活性炭將稻殼灰、固體碳酸鈉或碳酸鉀按質(zhì)量比為1 1.5 3.0的比例均勻混合，置于 高溫爐中升溫至850 950°C，恒溫熔融反應(yīng)，同時(shí)回收尾氣，反應(yīng)0. 5 2h后停止加熱，冷 卻至100°C以?xún)?nèi)，轉(zhuǎn)移至溶解釜中加熱至沸騰溶解0. 5 2h，過(guò)濾分離濾液和濾渣，將濾渣 經(jīng)稀酸水洗，再用水洗至中性為止，過(guò)濾，干燥，包裝得活性炭產(chǎn)品。(2)濾液制備二氧化硅將步驟(1)的濾液置于反應(yīng)釜中，調(diào)整溫度為70 95°C，通入(1)中二氧化碳混 合氣，碳化lh，陳化3h，過(guò)濾，濾液濃縮結(jié)晶，返回步驟(1)循環(huán)利用，濾餅洗滌、干燥、粉碎、
包裝得二氧化硅產(chǎn)品。本發(fā)明的特征在于稻殼灰與碳酸鈉或碳酸鉀加熱熔融，釋放出二氧化碳，與稻殼 燃燒尾氣混合，調(diào)整二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25 40%，用于步驟(2)中碳化反應(yīng)，循環(huán)利用。本發(fā)明的特征在于步驟(2)中濾液，經(jīng)濃縮結(jié)晶回收碳酸鈉或碳酸鉀，返回步驟 (1)循環(huán)利用。本發(fā)明的先進(jìn)性在于1.碳酸鈉高溫分解后與稻殼灰反應(yīng)生成硅酸鈉固體，經(jīng)水溶后得到水玻璃溶液和 固體活性炭，實(shí)現(xiàn)了溶硅、活化的一步完成。降低了成本，使稻殼灰得到了充分的利用。2.溶硅階段碳酸鈉分解產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w與燃燒尾氣混合，經(jīng)過(guò)凈化處理，可 以用于制備二氧化硅的沉淀劑，既避免了傳統(tǒng)工藝中用酸中和沉淀造成的污染，降低了成 本，又充分利用回收了二氧化碳，減少了溫室氣體的排放，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的循環(huán)利用。3.碳酸鈉作為原料與稻殼灰反應(yīng)得到硅酸鈉固體，經(jīng)水溶得到水玻璃溶液，再經(jīng) 碳化析出二氧化硅固體，過(guò)濾得到碳酸鈉溶液，濾液結(jié)晶得到碳酸鈉固體。在此過(guò)程中碳酸 鈉不消耗，可循環(huán)利用，降低成本，減少?gòu)U水排放。4.在制備二氧化硅時(shí)，不用加入其它物質(zhì)防止凝膠生成，降低成本，減少?gòu)U水排 放。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例1 將稻殼灰、固體碳酸鉀按質(zhì)量比為1 1. 75的比例均勻混合，置于高 溫爐中升溫至700°C，恒溫熔融反應(yīng)Ih后停止加熱，冷卻至100°C以?xún)?nèi)，轉(zhuǎn)移至溶解釜中加 熱至沸騰溶解lh，過(guò)濾分離濾液和濾渣，將濾渣經(jīng)稀酸水洗，再用水洗至中性為止，過(guò)濾，干 燥，包裝得比表面積為690m2/g、碘吸附值為2068mg/g的活性炭產(chǎn)品。實(shí)施例2:將稻殼灰、固體碳酸鈉按質(zhì)量比為1 1.75的比例均勻混合，置于高溫 爐中升溫至875°C，恒溫熔融反應(yīng)1小時(shí)后停止加熱，冷卻至100°C以?xún)?nèi)，轉(zhuǎn)移至溶解釜中加熱至沸騰溶解1小時(shí)，過(guò)濾分離濾液和濾渣，將濾渣經(jīng)稀酸水洗，再用水洗至中性為止，過(guò) 濾，干燥，包裝得比表面積為355m2/g、碘吸附值為1063mg/g的活性炭產(chǎn)品。
實(shí)施例3:將稻殼灰、固體碳酸鈉按質(zhì)量比為1 1.75的比例均勻混合，置于高溫 爐中升溫至900°C，恒溫熔融反應(yīng)Ih后停止加熱，冷卻至100°C以?xún)?nèi)，轉(zhuǎn)移至溶解釜中加熱 至沸騰溶解lh，過(guò)濾分離濾液和濾渣，濾渣經(jīng)稀酸水洗，再用水洗至中性為止，過(guò)濾，干燥， 包裝得比表面積為380m2/g、碘吸附值為1138mg/g的活性炭產(chǎn)品。實(shí)施例4:將稻殼灰、固體碳酸鈉按質(zhì)量比為1 1.75的比例均勻混合，置于高溫 爐中升溫至900°C，恒溫熔融反應(yīng)45min后停止加熱，冷卻至100°C以?xún)?nèi)，轉(zhuǎn)移至溶解釜中 加熱至沸騰溶解lh，過(guò)濾分離濾液和濾渣，濾渣經(jīng)稀酸水洗，再用水洗至中性為止，過(guò)濾，干 燥，包裝得比表面積為460m2/g、碘吸附值為1378mg/g的活性炭產(chǎn)品。實(shí)施例5:將稻殼灰、固體碳酸鈉按質(zhì)量比為1 2的比例均勻混合，置于高溫爐 中升溫至900°C，恒溫熔融反應(yīng)45min后停止加熱，冷卻至100°C以?xún)?nèi)，轉(zhuǎn)移至溶解釜中加 熱至沸騰溶解lh，過(guò)濾分離濾液和濾渣，將濾渣經(jīng)稀酸水洗，再用水洗至中性為止，過(guò)濾，干 燥，包裝得比表面積為385m2/g、碘吸附值為1154mg/g的活性炭產(chǎn)品。實(shí)施例6 將稻殼灰、固體碳酸鈉按質(zhì)量比為1 1.75的比例均勻混合，置于高溫 爐中升溫至900°C，恒溫熔融反應(yīng)45min后停止加熱，冷卻至100°C以?xún)?nèi)，轉(zhuǎn)移至溶解釜中加 熱至沸騰溶解1. 5h，過(guò)濾分離濾液和濾渣，將濾渣經(jīng)稀酸水洗，再用水洗至中性為止，過(guò)濾， 干燥，包裝得比表面積為500m2/g、碘吸附值為1498mg/g的活性炭產(chǎn)品。實(shí)施例7 將步驟(1)得到的濾液置于反應(yīng)釜中，調(diào)整溫度為80°C，通入含30wt% 二氧化碳混合氣碳化反應(yīng)lh、陳化3h，過(guò)濾，濾餅洗滌、干燥、粉碎包裝得粒徑為39nm、純度 為99. 2%、白度為99. 3%的二氧化硅產(chǎn)品。實(shí)施例8 將步驟(1)得到的濾液置于反應(yīng)釜中，調(diào)整溫度為90°C，通入30襯％二 氧化碳混合氣碳化反應(yīng)lh、陳化3h，過(guò)濾，濾餅洗滌、干燥、粉碎包裝得平均粒徑為41nm、純 度為99. 3%、白度為99. 5%的二氧化硅產(chǎn)品。
權(quán)利要求
一種利用稻殼灰制備二氧化硅和活性炭的新方法，具體步驟如下(1)高溫熔融活化，濾渣制備活性炭按一定比例稱(chēng)取稻殼灰、固體碳酸鈉或碳酸鉀，均勻混合，置于高溫爐中升溫至850～950℃，恒溫熔融反應(yīng)，同時(shí)回收尾氣(與稻殼燃燒尾氣混合形成混合尾氣)，反應(yīng)0.5～2h后停止加熱，冷卻至100℃以?xún)?nèi)，轉(zhuǎn)移至溶解釜中加熱至沸騰溶解0.5～2h，過(guò)濾分離濾液和濾渣；將濾渣經(jīng)稀酸水洗，再用水洗至中性為止，過(guò)濾，干燥，包裝得活性炭產(chǎn)品；(2)濾液制備二氧化硅將步驟(1)的濾液置于反應(yīng)釜中，調(diào)整溫度為70～95℃，通入(1)中混合尾氣，碳化1h，陳化3h，過(guò)濾，濾液濃縮結(jié)晶，返回步驟(1)循環(huán)利用，濾餅洗滌、干燥、粉碎、包裝得二氧化硅產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于稻殼灰與碳酸鈉或碳酸鉀加熱熔融，釋放出 二氧化碳，與稻殼燃燒尾氣合并，調(diào)整二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25 40%，用于步驟(2)中碳化 反應(yīng)，循環(huán)利用。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)中濾液，經(jīng)濃縮結(jié)晶回收碳酸鈉或 碳酸鉀，返回步驟(1)循環(huán)利用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用稻殼熱解灰制備二氧化硅和活性炭的新方法，具體涉及利用稻殼熱解后的稻殼灰制備納米二氧化硅和活性炭的新方法。主要原料碳酸鈉高溫分解后與稻殼灰反應(yīng)生成硅酸鈉固體，經(jīng)水溶后得到水玻璃溶液和固體活性炭，實(shí)現(xiàn)了溶硅、活化的一步完成。水玻璃溶液再經(jīng)碳化析出二氧化硅，過(guò)濾得到碳酸鈉溶液，結(jié)晶得碳酸鈉固體，在全部制備過(guò)程中碳酸鈉僅起到催化劑作用，不消耗，可循環(huán)利用，降低成本，減少?gòu)U水排放。溶硅階段碳酸鈉分解產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w與稻殼燃燒尾氣混合，經(jīng)凈化處理作為制備二氧化硅的沉淀劑，降低了成本，減少了溫室氣體的排放，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的循環(huán)利用。
文檔編號(hào)C01B31/08GK101804988SQ20101016214
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者丁雪峰, 劉妍, 劉艷華, 朱燕超, 王子忱, 趙旭, 郭玉鵬 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)