CN101837948B - 一种稻壳液化及综合利用的新方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稻壳液化及综合利用的新方法。具体内容包括:利用稻壳液化所得到的液体制备Lignin/SiO2、C/SiO2纳米复合材料、多孔纳米SiO2和胶体碳;再利用稻壳残渣制备高比表面积活性炭,使稻壳资源的综合利用率达到90%以上,充分利用了稻壳资源。本发明具有无污染,可循环,低成本等特点。

Description

一种稻壳液化及综合利用的新方法
技术领域
[0001] 本发明公开ー种稻壳液化及综合利用的新方法,稻具体涉及壳液化制取Lignin/SiO2, C/Si02复合材料、多孔纳米SiO2、胶体碳和高比表面积活性炭的新方法。
背景技术
[0002] 稻壳是大米加工的主要副产品,约占稻壳产量的五分之一。其特点是产量大、利用率低、易污染环境。因此,如何更加有效地利用稻壳,对于我国农副产品的深加工、变废为宝、減少对环境污染等问题都有着及其重要的意义。为此,许多科学家和企业家就如何开展稻壳综合利用进行了大量的研究工作。专利CN101486460公开了ー种利用稻壳制备高吸附活性炭及白炭黑的生产方法。具体步骤是将稻壳气化,气化后得到的稻壳灰在加温加压条件下与碳酸钠水溶液反应,经固液分离,分别制得活性炭和白炭黒。专利CN101244826公开了ー种以稻壳为原料常压干燥制备ニ氧化硅气凝胶的方法。具体方法是经过稻壳水溶胶制备、凝胶老化、溶剂置换、凝胶表面修饰、常压干燥制备出ニ氧化硅气凝胶。专利CN1062513公开了ー种用稻壳、稻草制取水玻璃的方法。具体方法是将稻壳、稻草燃烧(自燃)成灰,然后取此灰和烧碱加水搅拌均匀,经蒸汽加压反应后,再滤去滤渣,浓缩滤液即制成液体水玻璃。专利CN1935648公开了ー种用稻壳制备太阳能电池用多晶硅的方法。具体方法是将稻壳用高纯度氧化性酸性水溶液刻蚀,水洗干燥后粉碎,再挤压成型,在一定气氛下程序控温制备合适硅/碳比复合材料;再经高温电炉、电弧炉、微波炉或高温太阳炉中熔炼得到熔硅,定向凝固后制备太阳能电池用多晶硅。专利CN86107192公开了ー种用稻壳エ业化生产白碳黑的方法。该方法是利用稻壳为原料,不需外加能源条件下,在焙烧炉经缓慢升温,低温焙烧,使稻壳中有机物充分分解、气化制备ニ氧化硅。 [0003] 以上专利中,大部分专利利用稻壳中的硅源制备水玻璃、ニ氧化硅等硅产品,没有充分利用稻壳中的有机质,造成了资源的浪费,而且产生的废水废渣污染环境。
发明内容
[0004] 本发明充分利用了稻壳中的无机质和有机质制备出Lignin/Si02、C/Si02复合材料、多孔纳米SiO2、胶体碳和高比表面积活性炭,综合利用了稻壳资源。
[0005] 本发明包括以下六个步骤:
[0006] (I)将稻壳与浓度为I〜3mol/L的碱溶液按固液比I : 5〜I : 8混合,在常压煮沸反应3〜5小时,过滤,滤渣、滤液待用;
[0007] (2)调整⑴中的滤液温度为70〜95°C,用浓度为I〜3mol/L的酸溶液中和至设定PH后停止加酸,继续搅拌2小吋,过滤使固液分离,滤液备用,滤饼经洗涤、干燥,制备出比表面积为200〜450m2/g、粒径为50〜IOOnm的球形Lignin/Si02纳米复合材料;
[0008] (3)把(2)制备的Lignin/Si02纳米复合材料,_氧升温至400〜700°C炭化反应
O. 5〜2小时,得到比表面积为300〜600m2/g、粒径为50〜IOOnm的球形C/Si02纳米复合材料;[0009] (4)把(2)制备的Lignin/Si02纳米复合材料在温度为600〜900°C煅烧O. 5〜2小时,得到比表面积为400〜800m2/g、粒径为50〜IOOnm的多孔纳米SiO2 ;
[0010] (5)把⑵中的滤液转移到反应釜中,升温至120〜180°C,水热原位缩聚炭化3〜8小时,过滤固液分离,固体洗漆、干燥,制备出100〜2000nm的胶体碳球;
[0011] (6)将(I)中的滤渣与活化剂按质量比为I : 2〜I : 8混合均匀,隔氧升温至400〜800°C活化反应O. 5〜2小时,取出水洗、过滤、干燥,制备出比表面积为1200〜2500m2/g的高比表面积活性炭。
[0012] 本发明的先进性在于:
[0013] 采用稻壳液化,利用液相中的木质素和ニ氧化硅制备lignin/Si02纳米复合材料; 并可以根据需要,以lignin/Si02为前驱体制备C/Si02纳米复合材料和多孔纳米SiO2,扩大材料的应用领域。
[0014] 下面结合实施例对本发明作进ー步描述:
[0015] 实施例I :
[0016] (I)将稻壳与浓度为lmol/L的碱溶液按固液比I : 6混合,在常压煮沸反应4小时,过滤,滤渣、滤液待用。
[0017] (2)调整⑴中的滤液温度为90°C,用浓度为lmol/L的酸溶液中和至pH = 3停止加酸,继续搅拌2小时,过滤使固液分离,滤饼经洗涤、干燥,制备出比表面积为397. 3m2/g、粒径为66nm的球形Lignin/Si02纳米复合材料。
[0018] 实施例2 :改变中和用酸溶液的浓度为3mol/L,其他条件同实施例1,制备出比表面积为413. 4m2/g、粒径为75nm的球形Lignin/Si02纳米复合材料。
[0019] 实施例3 :设定中和终点的pH = 4,其他条件同实施例1,制备出比表面积为323. 5m2/g、粒径为61nm的球形Lignin/Si02纳米复合材料。
[0020] 实施例4 :改变中和反应的温度为85°C,其他条件同实施例1,制备出比表面积为327. lm2/g、粒径为54nm的球形Lignin/Si02纳米复合材料。
[0021] 实施例5 :其他条件同实施例I,以I中制备的Lignin/Si02纳米复合材料隔氧升温至600°C炭化反应I小时,得到比表面积为445. 3m2/g、粒径为63nm的球形C/Si02纳米复合材料。
[0022] 实施例6 :改变炭化温度为700°C,其他条件同实施例5,得到比表面积为354. 7m2/g、粒径为55nm的球形C/Si02纳米复合材料。
[0023] 实施例7 :改变炭化时间为1.5小时,其他条件同实施例5,得到比表面积为405. 4m2/g、粒径为57nm的球形C/Si02纳米复合材料。
[0024] 实施例8 :条件同实施例1,以I中制备的Lignin/Si02纳米复合材料在温度为800°C煅烧I小时,得到比表面积为536. 8m2/g、粒径为55nm的多孔纳米Si02。
[0025] 实施例9 :改变煅烧温度为700°C,其他条件同实施例8,得到比表面积为678. 5m2/g、粒径为63nm的多孔纳米Si02。
[0026] 实施例10 :改变煅烧时间为I. 5小时,其他条件同实施例8,得到比表面积为457. 7m2/g、粒径为52nm的多孔纳米Si02。
[0027] 实施例11 :条件同实施例1,把⑵中的滤液转移到反应釜中,升温至150°C,水热缩聚炭化6小吋,过滤固液分离,固体洗涤、干燥,制备出254nm的胶体碳球。[0028] 实施例12 :改变温度至180°C,其他条件同实施例11,制备出457nm的胶体碳球。
[0029] 实施例13 :改变缩聚炭化时间为8小时,其他条件同实施例11,制备出552nm的胶体碳球。
[0030] 实施例14 :条件同实施例I中的滤渣与活化剂磷酸按质量比为I : 7混合均匀,隔氧升温至500°C活化反应I小时,取出水洗、过滤、干燥,制备出比表面积为2188m2/g的高比表面积活性炭。
[0031] 实施例15 :改变滤渣与 活化剂磷酸按质量比为I : 6,其他条件同实施例14,制备出比表面积为1985m2/g的高比表面积活性炭。
[0032] 实施例16 :改变隔氧升温至400°C,其他条件同实施例14,制备出比表面积为1695m2/g的高比表面积活性炭。
[0033] 实施例17 :改变活化时间为I. 5小时,其他条件同实施例14,制备出比表面积为1633m2/g的高比表面积活性炭。
[0034] 实施例18 :条件同实施例I中的滤渣与活化剂氢氧化钾按质量比为I : 4混合均匀,隔氧升温至700°C活化反应I小时,取出水洗、过滤、干燥,制备出比表面积为1634m2/g的高比表面积活性炭。
[0035] 实施例19 :改变活化剂为ZnCl2,其他条件同实施例18,制备出比表面积为1343m2/g的高比表面积活性炭。
[0036] 实施例20 :改变活化剂为NaOH,其他条件同实施例18,制备出比表面积为1240m2/g的高比表面积活性炭。

Claims (4)

1. 一种稻壳液化及综合利用的方法,其具体步骤如下: (1)将稻壳与浓度为I〜3 mol/L的碱溶液按固液比I : 5〜I : 8混合,在常压煮沸反应3〜5小时,过滤,滤渣、滤液待用; (2)调整(I)中的滤液温度为70〜95°C,用浓度为I〜3 mol/L的酸溶液中和至设定pH后停止加酸,继续搅拌2小时,过滤使固液分离,滤液备用,滤饼经洗涤、干燥,制备出比表面积为200〜450m2/g、粒径为50〜IOOnm的球形Lignin/Si02纳米复合材料; (3)把(2)制备的Lignin/Si02纳米复合材料,_氧升温至400〜700°C炭化反应O. 5〜2小时,得到比表面积为300〜600m2/g、粒径为50〜IOOnm的球形C/Si02纳米复合材料; (4)把(2)制备的LignWSiO2纳米复合材料在温度为600〜900°C煅烧O. 5〜2小时,得到比表面积为400〜800m2/g、粒径为50〜IOOnm的多孔纳米SiO2 ; (5)把(2)中的滤液转移到反应釜中,升温至120〜180°C,水热原位缩聚炭化3〜8小时,过滤固液分离,固体洗漆、干燥,制备出100〜2000nm的胶体碳球; (6)将⑴中的滤渣与活化剂按质量比为I : 2〜I : 8混合均匀,隔氧升温至400〜800°C活化反应O. 5〜2小时,取出水洗、过滤、干燥,制备出比表面积为1200〜2500m2/g的高比表面积活性炭。
2. 一种如权利要求I所述的ー种稻壳液化及综合利用的方法,其特征在于:中和所用的酸可以是硫酸、盐酸、磷酸。
3. —种如权利要求I所述的ー种稻壳液化及综合利用的方法,其特征在于:活化剂可以是磷酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氯化锌。
4. 一种如权利要求I所述的ー种稻壳液化及综合利用的方法,其特征在于:加酸中和終点所设定的pH为2〜7 ;终点pH不同,所得到的纳米复合材料中木质素和ニ氧化硅比例不同。
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