CN109384237B - 一种稻壳中提取高纯SiO2的方法 - Google Patents

一种稻壳中提取高纯SiO2的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109384237B
CN109384237B CN201811281459.8A CN201811281459A CN109384237B CN 109384237 B CN109384237 B CN 109384237B CN 201811281459 A CN201811281459 A CN 201811281459A CN 109384237 B CN109384237 B CN 109384237B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reaction
oxidant
temperature
sio
purity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811281459.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109384237A (zh
Inventor
田森林
谢明军
赵群
李英杰
胡学伟
黄建洪
张月超
谷俊杰
宁平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN201811281459.8A priority Critical patent/CN109384237B/zh
Publication of CN109384237A publication Critical patent/CN109384237A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109384237B publication Critical patent/CN109384237B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种稻壳中提取高纯SiO2的方法，属于二氧化硅提取技术领域。本发明将稻壳、复合氧化剂加入到高温高压反应釜中，在密闭条件下，采用惰性气体置换反应釜中的空气，再加入蒸馏水得到反应体系，对高温高压反应釜中的反应体系升温加压至反应体系达到超临界状态，并反应20~60min得到反应产物体系，冷却至室温，固液相分离，利用去离子水洗涤固体、干燥即得高纯SiO2；其中复合氧化剂为HNO3‑H2SO4混合氧化剂，超临界状态的温度为380~450℃，压力为23~25Mpa。本发明中超临界状态下的水与氧化剂互溶，消除相间传质阻力，发生强烈的水解‑氧化反应，可以快速氧化稻壳中的有机物和浸出稻壳内的无机盐，提高SiO2的纯度。

Description

一种稻壳中提取高纯SiO2的方法
技术领域
本发明涉及一种稻壳中提取高纯SiO2的方法，属于二氧化硅提取技术领域。
背景技术
二氧化硅（SiO2）是一种酸性氧化物，是硅最重要的化合物，约占地壳质量的12%。二氧化硅多用于玻璃制品、陶瓷彩釉、防锈用喷砂、过滤用砂、熔剂、耐火材料等，也可用于制造电子工业的重要部件、光学仪器和工艺品。同时，二氧化硅也是制造光导纤维的重要原料。目前二氧化硅的原料主要来源于矿石，从矿石内提取高纯 SiO2的工艺比较复杂，成本较高。高纯SiO2是精细陶瓷、光导纤维和太阳能电池等工业的基本原料，随着现代电子工业的发展，对高纯SiO2的需求将日益增加。
稻壳是稻谷加工的主要副产品，约占稻谷重量的20％～30％，我国稻壳年产量达4000万吨，稻壳资源的利用却办法不多，除少部分用作初级燃料、饲料、建筑材料或燃烧发电外，大部分作为农业垃圾而废弃，不仅严重污染了环境，还会造成堆放自燃的潜在安全风险。稻壳是一种含硅量丰富的天然材料。其SiO2的含量一般在18%～22.1%，其余为有机物和微量金属元素。
目前，从稻壳中制备SiO2主要有干法和湿法两种。干法制备是在一定温度下，稻壳经酸浸、处理、洗涤、干燥、置高温炉中煅烧，经后处理剂处理、粉碎得产品。湿法主要以稻壳与碱反应生成水玻璃，加入酸化剂、螯合剂沉淀后，再经陈化、洗涤、干燥等后处理工序制得SiO2，但其工艺流程长、成本高、产品质量影响因素多，需要系统分析确定最优工艺条件，方可得高品质产品。现有技术中制取的SiO2品质量不高，并且还需进行酸处理工艺、SiO2后续处理。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种稻壳中提取高纯SiO2的方法，本发明方法在超临界水状态下，加入混合氧化剂HNO3-H2SO4后在酸性介质中将稻壳内有机物分解和微量的金属元素变成可溶性离子而去除，同时利用HNO3-H2SO4的酸协同作用提取高纯二氧化硅。
一种稻壳中提取高纯SiO2的方法，具体步骤为：
将稻壳、复合氧化剂加入到高温高压反应釜中，在密闭条件下，采用惰性气体置换反应釜中的空气，再加入蒸馏水得到反应体系，对高温高压反应釜中的反应体系升温加压至反应体系达到超临界状态，并反应20~60min得到反应产物体系，冷却至室温，固液相分离，利用去离子水洗涤固体、干燥即得高纯SiO2；其中复合氧化剂为HNO3-H2SO4混合氧化剂，超临界状态的温度为380~450℃，压力为23~25Mpa。
所述稻壳与HNO3的质量比为1:(50~100)，HNO3与H2SO4的体积比为1:(2~5)。
本发明的有益效果：
（1）本发明中超临界状态下的水与氧化剂互溶，消除相间传质阻力，发生强烈的水解-氧化反应，可以快速氧化稻壳中的有机物和浸出稻壳内的无机盐，HNO3-H2SO4混合氧化剂在超临界水状态下保持高活性高浓度的自由基，能够迅速与稻壳基质有效碰撞并发生氧化消化反应，提高SiO2的纯度；
（2）本发明方法采用HNO3-H2SO4混合氧化剂和超临界水体系，无需对稻壳进行水洗、干燥、酸浸、高温等预处理，其工艺简单。
附图说明
图1为实施例1高纯SiO2的扫描电镜图；
图2为实施例2高纯SiO2的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种稻壳中提取高纯SiO2的方法，具体步骤为：
将稻壳、复合氧化剂（HNO3-H2SO4混合氧化剂）加入到高温高压反应釜中，在密闭条件下，采用惰性气体（氮气）置换反应釜中的空气，再加入蒸馏水得到反应体系，对高温高压反应釜中的反应体系升温加压至反应体系达到超临界状态，并反应20min得到反应产物体系，冷却至室温，固液相分离，利用去离子水洗涤固体、干燥即得高纯SiO2；其中超临界状态的温度为380℃，压力为23Mpa；稻壳与HNO3的质量比为1:50，HNO3与H2SO4的体积比为1:2；
本实施例高纯SiO2的扫描电镜图如图1所示，从图1可知，高纯SiO2结晶体平均粒径为2.0 nm；
本实施例高纯SiO2的纯度为99.991%（见表1）。
实施例2：一种稻壳中提取高纯SiO2的方法，具体步骤为：
将稻壳、复合氧化剂（HNO3-H2SO4混合氧化剂）加入到高温高压反应釜中，在密闭条件下，采用惰性气体置换反应釜中的空气，再加入蒸馏水得到反应体系，对高温高压反应釜中的反应体系升温加压至反应体系达到超临界状态，并反应40min得到反应产物体系，冷却至室温，固液相分离，利用去离子水洗涤固体、干燥即得高纯SiO2；其中超临界状态的温度为400℃，压力为24Mpa；稻壳与HNO3的质量比为1:70，HNO3与H2SO4的体积比为1:3；
本实施例高纯SiO2的扫描电镜图如图2所示，从图2可知，高纯SiO2结晶体平均粒径为3.0 nm；
本实施例高纯SiO2的纯度为99.992%（见表1）。
实施例3：一种稻壳中提取高纯SiO2的方法，具体步骤为：
将稻壳、复合氧化剂（HNO3-H2SO4混合氧化剂）加入到高温高压反应釜中，在密闭条件下，采用惰性气体置换反应釜中的空气，再加入蒸馏水得到反应体系，对高温高压反应釜中的反应体系升温加压至反应体系达到超临界状态，并反应50min得到反应产物体系，冷却至室温，固液相分离，利用去离子水洗涤固体、干燥即得高纯SiO2；其中超临界状态的温度为420℃，压力为24Mpa；稻壳与HNO3的质量比为1:100，HNO3与H2SO4的体积比为1:4；
从本实施例高纯SiO2的扫描电镜图可知，高纯SiO2结晶体平均粒径为1.5 nm；
本实施例高纯SiO2的纯度为99.994%（见表1）。
实施例4：一种稻壳中提取高纯SiO2的方法，具体步骤为：
将稻壳、复合氧化剂（HNO3-H2SO4混合氧化剂）加入到高温高压反应釜中，在密闭条件下，采用惰性气体置换反应釜中的空气，再加入蒸馏水得到反应体系，对高温高压反应釜中的反应体系升温加压至反应体系达到超临界状态，并反应60min得到反应产物体系，冷却至室温，固液相分离，利用去离子水洗涤固体、干燥即得高纯SiO2；其中超临界状态的温度为450℃，压力为25Mpa；稻壳与HNO3的质量比为1:100，HNO3与H2SO4的体积比为1:5；
从本实施例高纯SiO2的扫描电镜图可知，高纯SiO2结晶体平均粒径为1.4 nm；
本实施例高纯SiO2的纯度见表1；
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
从表1可知，本实施例高纯SiO2的纯度为99.995%。

Claims (2)

1.一种稻壳中提取高纯SiO2的方法，其特征在于，具体步骤为：
将稻壳、复合氧化剂加入到高温高压反应釜中，在密闭条件下，采用惰性气体置换反应釜中的空气，再加入蒸馏水得到反应体系，对高温高压反应釜中的反应体系升温加压至反应体系达到超临界状态，并反应20~60min得到反应产物体系，冷却至室温，固液相分离，利用去离子水洗涤固体、干燥即得高纯SiO2；其中复合氧化剂为HNO3-H2SO4混合氧化剂，超临界状态的温度为380~450℃，压力为23~25Mpa。
2.根据权利要求1所述稻壳中提取高纯SiO2的方法，其特征在于：稻壳与HNO3的质量比为1:(50~100)，HNO3与H2SO4的体积比为1:(2~5)。
CN201811281459.8A 2018-10-31 2018-10-31 一种稻壳中提取高纯SiO2的方法 Active CN109384237B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811281459.8A CN109384237B (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种稻壳中提取高纯SiO2的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811281459.8A CN109384237B (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种稻壳中提取高纯SiO2的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109384237A CN109384237A (zh) 2019-02-26
CN109384237B true CN109384237B (zh) 2021-09-14

Family

ID=65426998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811281459.8A Active CN109384237B (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种稻壳中提取高纯SiO2的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109384237B (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1027440C (zh) * 1992-01-25 1995-01-18 交通部公路科学研究所 从稻壳内提取高纯度二氧化硅的方法
CN100506694C (zh) * 2006-11-16 2009-07-01 华南理工大学 一种用稻壳制备电子级球形硅微粉的方法
CN102653406A (zh) * 2012-01-05 2012-09-05 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 一种含有无定形二氧化硅的生物质的综合利用方法
CN102765726B (zh) * 2012-08-13 2016-03-30 吴建坤 一种以稻壳灰为原料制备二氧化硅气凝胶的方法
CN106675151A (zh) * 2016-11-22 2017-05-17 常州思宇知识产权运营有限公司 一种多级介孔二氧化硅消光剂的制备方法
WO2018167646A1 (en) * 2017-03-14 2018-09-20 Tata Chemicals Limited A process for preparing sodium silicate from rice husk ash
CN107200334B (zh) * 2017-07-10 2018-08-28 安徽锦华氧化锌有限公司 一种稻壳制备白炭黑的高效利用方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109384237A (zh) 2019-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4332591B2 (ja) 石炭灰からシリカ、次いでアルミナを回収する方法
CN109110826B (zh) 一种电池级硫酸镍的生产方法
CN109485050B (zh) 一种方便去除杂质的高纯石英砂的循环酸洗方法
CN109824072B (zh) 利用工业废渣制备氧化铝的方法
CN112342377B (zh) 镍精矿的处理工艺
CN104498734A (zh) 基于真空碳热还原的含钛高炉渣提钛处理方法
KR20190134085A (ko) 시멘트 제조 공정에서 발생되는 염소 바이패스 더스트의 재활용 방법
CN105200248B (zh) 一种利用电石渣一步中和钛白废酸制备高纯度钪的方法
CN108892146A (zh) 一种含硅铝物料的脱硅方法
CN115893978A (zh) 一种陶瓷坯体、陶瓷砖及其制备方法
CN109384237B (zh) 一种稻壳中提取高纯SiO2的方法
CN212025427U (zh) 一种复杂钼矿直接氧压浸出的生产线
CN112095017B (zh) 一种基于还原焙烧-酸浸粉煤灰资源化的方法
CN109231245A (zh) 一种含硅铝物料的脱硅方法
CN101705377A (zh) 一种石煤湿法富集火法转化提钒方法
CN108342591B (zh) 一种钼铜分离新方法
CN114853025B (zh) 一种以硅灰为原料制备高纯二氧化硅的方法
CN110846512A (zh) 一种电解锰阳极渣硫酸熟化浸出锰的方法
CN111218571B (zh) 钒渣碱石灰焙烧预脱硅磷的方法
CN108147437B (zh) 以砷酸镁为原料生产高纯氧化镁的方法
CN112777601A (zh) 一种绿色环保的特种二氧化硅及其生产方法
CN111647741A (zh) 一种利用赤泥铁粉生产硅铝铁合金的方法
CN116116881B (zh) 一种利用改性石煤提钒冶炼废渣协同处理含铅废水的方法
CN115571913B (zh) 一种钒液除硅渣中钒资源回收的方法
CN103805772B (zh) 一种由铜镍渣制备水玻璃和铁精粉的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Tian Senlin

Inventor after: Xie Mingjun

Inventor after: Zhao Qun

Inventor after: Li Yingjie

Inventor after: Hu Xuewei

Inventor after: Huang Jianhong

Inventor after: Zhang Yuechao

Inventor after: Gu Junjie

Inventor after: Ning Ping

Inventor before: Tian Senlin

Inventor before: Xie Mingjun

Inventor before: Li Yingjie

Inventor before: Hu Xuewei

Inventor before: Huang Jianhong

Inventor before: Zhang Yuechao

Inventor before: Gu Junjie

Inventor before: Ning Ping

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant