CN116873945A - 硅酸盐水溶液脱色方法和该方法得到的硅酸盐产品 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种硅酸盐水溶液脱色方法，该方法包括：提供硅酸盐水溶液；向所述硅酸盐水溶液中加入过硫酸盐，并在第一处理条件下处理第一时间；以及随后向所述硅酸盐水溶液中加入亚硫酸盐，并在第二处理条件下处理第二时间。该方法以简单而节约成本的方式实现了极佳的硅酸盐水溶液脱色效果。本申请还提供了通过该方法合成得到的成本低廉且高品质的硅酸盐产品以及二氧化硅产品。

Description

硅酸盐水溶液脱色方法和该方法得到的硅酸盐产品

技术领域

本申请涉及化工合成领域，更具体来说涉及一种对硅酸盐水溶液进行脱色的方法以及通过该方法得到的硅酸盐产品和二氧化硅产品。

背景技术

白炭黑是白色粉末状无定形二氧化硅/硅酸/硅酸盐产品，是一种环保而具有优异性能的工业助剂，广泛用于各种工业、商业和消费用途，例如在橡胶、塑料、纺织、电子设备封装、光学器件、陶瓷、造纸、农药、消防、颜料、涂料、化妆品、食品等领域用作补强剂、摩擦剂、增稠剂、消光剂、胶结剂、抗结块剂、填料、薄膜开口剂等。

制备白炭黑的传统工艺是利用硅酸钠、四氯化硅、正硅酸乙酯、含硅矿石(例如硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄榄石、蛇蚊石、高岭土、硬质高岭土、煤矸石、粉煤灰等)作为含硅原料，但是这些传统工艺在原料成本、工艺复杂程度、产品质量、环境污染以及废料处理和再利用等方面都不同程度地存在长久以来亟需解决的各种缺陷。

为了解决上述问题，使用谷物麸皮为原料生产白炭黑成为了一个发展前景非常乐观的替代技术。谷物麸皮(例如稻壳)既是谷物的主要副产物也是谷物加工厂的主要副产品，谷物麸皮烧制产生的谷物麸皮灰中含有的大量的硅都以无定形二氧化硅的形式存在，可采用传统沉淀法得到白炭黑，其工艺主要流程为：使得稻壳灰与NaOH反应，将稻壳灰中的二氧化硅浸出生成硅酸钠溶液，剩余成分为炭黑，然后使得硅酸钠与硫酸反应以生成硫酸钠和硅酸，最后将硅酸干燥脱水后可得到白炭黑。相对于使用矿物类硅源的传统白炭黑工艺，使用谷物麸皮为原料的工艺成本低、工艺简便、污染低，能够有效利用农业废料。

但相比于以矿砂为原料来源的白炭黑工艺，生物质来源的硅酸钠的原料，——例如源自燃烧后的稻壳灰——具有颇为复杂的成分，导致由此制得的硅酸钠溶液往往具有较深的颜色，会对下游合成白炭黑的质量造成影响。

由于硅酸钠水溶液本身即为一种吸附剂，因此，现有技术中如参考文献1(卢芳仪,任宇红.稻壳灰制白炭黑和活性炭的研究[J].化学工程师,1997(04):4-6.)中是通过改善前期炭化阶段工艺来改善水玻璃的颜色。然而由于原料质量波动和碳化工艺难以稳定有效控制，无法实现所有水玻璃保持稳定色度。

因此，如何利用简单、高效而低成本的技术对生物质来源的硅酸盐水溶液的颜色性能进行改进，由此制得高品质的硅酸盐产品(例如泡花碱或水玻璃)以及二氧化硅产品(例如白炭黑)，仍然是本领域技术人员长期以来亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本申请的发明人进行了深入的研究，成功地开发出一种简单、低成本而有效的工艺方法，该方法通过极为简单而节约成本的方式实现了极佳的硅酸盐溶液脱色效果，从而能够以生物质来源的原料，更优选谷物麸皮为原料，以低成本而简便的工艺步骤合成高品质的硅酸盐产品(例如泡花碱或水玻璃)，并且进而能够合成高品质二氧化硅产品(例如白炭黑)。

本申请的第一个方面提供了一种硅酸盐水溶液脱色方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：提供硅酸盐水溶液；

步骤二：向所述硅酸盐水溶液中加入过硫酸盐，并在第一处理条件下处理第一时间；以及

步骤三：在步骤二之后，向所述硅酸盐水溶液中加入亚硫酸盐，并在第二处理条件下处理第二时间。

本申请的第二个方面提供了一种硅酸盐产品，该硅酸盐产品通过本发明的方法获得。优选地，该硅酸盐产品为水玻璃或泡花碱。

本申请的第三个方面提供了一种二氧化硅产品，该二氧化硅产品以本发明的方法获得的硅酸盐产品作为原料获得。优选地，该二氧化硅产品为白炭黑。

附图说明

在接下来的段落中结合附图对本申请的各种实施方式进行论述。但是此处需要指出的是，附图中所示和以下具体描述的实施方式仅仅是本申请的一些优选实施方式，本申请的保护范围由权利要求书来限定，而非仅限于这些优选的实施方式。另外，为了清楚显示的目的，说明书附图中显示的反应器和各个部件并非按照真实比例绘制。

图1显示了根据本申请一个实施方式对硅酸盐水溶液进行脱色的方法的工艺流程图；

图2显示了根据本申请一个实施方式，以谷物麸皮为原料合成硅酸盐水溶液(水玻璃或泡花碱)的方法的工艺流程图；

图3显示了实施例1-3和对比例1-5中处理之后的硅酸钠溶液吸光度汇总。

具体实施方式

本文所公开的“范围”以下限和上限的形式。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有可以这种方式进行限定的范围是包含和可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。

在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。

在本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。

在本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。

在本申请中，如果没有特别的说明，本文所提到的“包括”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”可以表示还可以包含没有列出的其他组分，也可以仅包括列出的组分。

本申请的一个实施方式提供了一种对硅酸盐水溶液进行脱色的方法。例如，图1显示了根据本申请一个实施方式对硅酸盐溶液(具体来说是硅酸盐水溶液)进行脱色的方法的工艺步骤流程图。从图1可以看到，该脱色方法包括步骤一：提供硅酸盐水溶液；步骤二：向所述硅酸盐水溶液中加入过硫酸盐，并在第一处理条件下处理第一时间；以及步骤三：在步骤二之后，向所述硅酸盐水溶液中加入亚硫酸盐，并在第二处理条件下处理第二时间。

本申请的另一个实施方式提供了一种通过本申请的方法制得的硅酸盐产品，该硅酸盐产品可以是固体硅酸钠、水合硅酸钠、硅酸钠水溶液等，其通过本发明的方法进行了脱色而具有优异色度性能。例如，图2显示了根据本申请一个实施方式使用生物质原料合成硅酸盐产品的方法的工艺步骤流程图。从图2可以看到，该方法包括步骤I：通过烧制稻壳原料形成稻壳灰，用碱溶液对该稻壳灰进行处理，从而提供硅酸盐水溶液；步骤II：向所述硅酸盐水溶液中加入过硫酸盐，并在第一处理条件下处理第一时间；步骤III：在步骤II之后，向所述硅酸盐水溶液中加入亚硫酸盐，并在第二处理条件下处理第二时间。通过上述步骤可以有效地对源自生物质原料(例如稻壳)的带有较明显杂色的硅酸盐水溶液进行脱色，以获得高品质优异色度的硅酸盐产品。

本申请的另一个实施方式还提供了利用本发明方法获得的硅酸盐产品作为原料，进一步合成达到的二氧化硅产品。根据本申请的一个具体实施方式，所述二氧化硅产品是白炭黑。通过使用本申请的硅酸盐产品作为原料，使得本发明合成得到的白炭黑以及其他二氧化硅产品也具有优异的色度。本申请的二氧化硅产品可以通过本领域已知的常规工艺合成二氧化硅产品，一个示例性的工艺是沉淀法。所述沉淀法可以包括对硅酸盐水溶液进行沉淀和干燥，也即是说，可以在图2所示的步骤的基础上，进一步进行以下步骤：步骤IV：在步骤III之后，使得水合二氧化硅从所述硅酸盐水溶液中沉淀出来；以及步骤V：对步骤IV沉淀出的水合二氧化硅进行干燥，以形成二氧化硅产品(例如白炭黑)。根据本申请的另外的实施方式，可以根据需要在上述步骤IV以及步骤V的之前和/或之后进行以下的一个或多个步骤：焙烧、冷却、浓缩、稀释、过滤、洗涤、打浆等。

根据本申请的一个示例性实施方式，在以上图1所示实施方式的步骤一以及以上图2所示实施方式的步骤I中，提供硅酸盐水溶液的步骤可以任选地包括对含硅原料先进行预处理，例如清洗、粉碎、分选、筛分、烘干、烧制等，以使得含硅原料的形态和粒度等尽可能有利于随后的酸溶或碱溶操作，并且使得其中的杂质组分尽可能减少，但是根据具体情况，在含硅原料本身的状态十分适合随后的酸溶或碱溶操作的情况下，或者单纯出于节约成本的和/或简化工艺的目的，也可以不进行上述预处理。

下文中主要基于以谷物麸皮灰为含硅原料制备的硅酸盐水溶液来介绍本申请，但是这仅仅是出于举例说明的目的，本申请的保护范围不仅限于此。此处需要特别指出，本申请的脱色方法实际上可以用来对使用任意含硅原料(例如谷物麸皮或者上文所述的含硅矿物原料，如硅酸钠、四氯化硅、正硅酸乙酯、硅灰石、蛋白石、埃洛石、橄榄石、蛇蚊石、高岭土、硬质高岭土、煤矸石、粉煤灰等)制得的硅酸盐溶液进行处理，并且同样实现本发明的成本低、工艺简单和脱色效果好的优点。另外，本申请的方法也可以用来对商业购得的硅酸盐溶液或者由其他厂商或研究机构提供的硅酸盐溶液进行脱色。根据本申请的另一个实施方式，除了用于合成二氧化硅产品(例如白炭黑)以外，所述脱色之后的硅酸盐溶液还可以用于其他的目，例如可以作为原料用于合成沸石分子筛、抗风化/防火涂料、地基注浆、速凝防水剂、耐酸/耐热砂浆、耐酸/耐热混凝土等。

在本申请的示例性实施方式中，硅酸盐水溶液是生物质来源，例如可以是由谷物麸皮为原料制得的，所述麸皮可以是在对谷物进行脱粒、碾制、压制、脱壳、粉碎等操作过程中从谷粒上分离得到的，根据具体的加工工艺，这些谷物麸皮可以是相对完整的，也可以是已经被碾碎或者粉碎的状态。所述谷物麸皮可以包括选自以下的谷物的麸皮：水稻、旱稻、小麦、大麦、燕麦、黑麦、荞麦、玉米、高粱、粟、黍、黄米、大豆、蚕豆、豌豆、绿豆、红小豆、芸豆、及其组合。在下文的示例性实施方式中，以水稻麸皮(稻壳)为例对本申请的方法进行介绍，但是此处应该理解，本申请所述的谷物麸皮不仅限于稻壳原料，而是包括以上所述的所有谷物麸皮。

例如根据一个具体的示例性实施方式，使用稻壳作为含硅原料来合成硅酸盐溶液。首先对稻壳进行烧制，该烧制可以在所需的气氛[例如氧气气氛、空气气氛、调节的气氛(氧气含量可以调节至偏低或偏高的水平)或者惰性气氛]中进行，例如可以在加工锅炉内进行烧制(分级燃烧)，以充分利用其燃烧产生的能量的同时获得稻壳灰；可以在马弗炉中进行烧制(燃烧)；也可以在旋风式炭化炉内高温烧制碳化，以获得稻壳灰；还可以采用本领域已知的或者以后开发的任何高温烧制设备或工艺对稻壳进行烧制，以获得稻壳灰。

水稻在生长过程中会吸收土壤中的二氧化硅作为麸皮的一部分。一般来说，烧制之前的稻壳中的二氧化硅含量约为16-20重量％，而通过烧制得到的稻壳灰中的二氧化硅含量会显著提高，例如约40-70重量％，或者45-60重量％，或者50重量％左右，稻壳灰中其余的组分主要是碳。

在以上图2所示实施方式的步骤I中，随后用碱溶液对稻壳灰进行溶出处理，以获得硅酸盐水溶液。根据本申请的一个实施方式，所述碱溶液是碱性试剂的溶液，例如碱性溶剂的水溶液。所述碱性试剂可以选自：氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、或者上述两种或更多种碱性试剂的混合物。根据本申请的一个实施方式，以所述碱溶液的总重量为基准计，所述碱溶液中碱性试剂的含量可以为2-40重量％，例如5-30重量％，或者8-20重量％，或者10-15重量％，或者12-14重量％。根据本申请的一个实施方式，所述溶出操作可以在常温或加热的条件下进行，例如可以在15-150℃的温度下进行，其中超过碱溶液的加热温度可以通过在加压条件下加热来实现，或者加热温度可以为25-120℃，或者30-100℃，或者50-100℃，或者60-100℃，或者70-100℃，或者80-100℃，或者90-100℃；根据本申请一个优选的实施方式，溶出处理可以是在常压条件下，用煮沸的碱溶液来处理稻壳灰。根据本申请的另一个实施方式，所述碱溶出处理的持续时间可以为10分钟至3天，或者15分钟至48小时，或者20分钟至24小时，或者30分钟至16小时，或者40分钟至12小时，或者1-10小时，或者2-8小时，或者3-6小时，或者4-5小时。该硅酸盐水溶液在进行下一步的处理之前，可以任选地进行浓缩或者稀释，也可以任选地进行进行过滤、倾滗或抽滤，以除去固体状态的杂质(例如残留的不溶性灰分、碳渣等)。以碱溶操作得到硅酸盐溶液的总重量为基准计，其中硅酸盐的浓度可以为1重量％至55重量％，例如5重量％至50重量％，或者8重量％至45重量％，或者10重量％至40重量％，或者12重量％至35重量％，或者15重量％至30重量％，或者17重量％至25重量％，或者18-22重量％，或者在上述任一两个端值相互组合得到的数值范围之内。

根据本申请的另一个实施方式，所述硅酸盐水溶液中的硅酸盐可以是碱金属的硅酸盐，例如硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅酸铷、硅酸铯、或其任意组合，最优选所述硅酸盐是硅酸钠，更优选不含除了硅酸钠以外的其他硅酸盐。根据本申请的另一个实施方式，所述硅酸盐水溶液的模数(即SiO₂:M₂O摩尔比，其中M为锂、钠、钾、铷、铯、或其组合)可以为2.20-3.60，例如2.20-2.50，或者2.60-2.90，或者3.10-3.40，或者3.41-3.60，或者可以在上述任意两个端值相互组合得到的数值范围之内。

根据本申请一个非限制性的实施方式，以稻壳为原料制备的上述硅酸盐溶液中可能会包含一定量的杂质，由此呈现出一定程度的颜色或浑浊度，因此可以用吸光度来有效地表征该硅酸盐溶液的纯度。硅酸盐溶液的吸光度可以使用分光光度计在特定的波长或波长范围内进行检测。例如在本申请的一个示例性实施方式中，可以使用紫外分光光度计、紫外-可见分光光度计在合适的检测波长下检测硅酸盐溶液的吸光度。例如，通过图1所示实施方式的步骤一或者以上图2所示实施方式的步骤I提供的硅酸盐溶液的吸光度可能是≥0.8，例如≥0.9，或者≥1.0，或者≥1.1，或者≥1.2，或者≥1.3，或者≥1.4，或者≥1.5，或者≥1.6，或者≥1.7，或者≥1.8，或者吸光度可能在上述任意两个端值相互组合得到的范围之内。

接下来，在图1所示实施方式的步骤二或以上图2所示实施方式的步骤II中，随后向所述硅酸盐溶液中加入过硫酸盐，并且在第一处理条件下处理第一时间。根据本申请的一个实施方式，所述过硫酸盐可以选自过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵，或者上述两种或三种的组合，优选所述过硫酸盐是过硫酸钠。根据本申请的一个实施方式，所述过硫酸盐可以以固体的形式直接加入所述硅酸盐水溶液中。根据本申请的另一个实施方式，所述过硫酸盐可以以水溶液的形式加入所述硅酸盐水溶液中，并且以所述过硫酸盐水溶液的总重量为基准计，该水溶液中所述过硫酸盐的浓度可以为0.05-20重量％，例如0.1-18重量％，或者0.2-17重量％，或者0.5-15重量％，或者0.8-14重量％，或者1-12重量％，或者2-10重量％，或者3-8重量％，或者4-7重量％，或者5-6重量％，或者可以在上述任意两个端值相互组合得到的数值范围之内。根据本申请的一个实施方式，以所述硅酸盐水溶液的总质量为100质量％计，向其中加入的过硫酸盐的量(以过硫酸盐的干质量计)可以为0.001-5质量％，例如可以为0.01-4.5质量％，或者0.05-4.0质量％，或者0.1-3.5质量％，或者0.15-3.0质量％，或者0.20-2.5质量％，或者0.25-2.0质量％，或者0.30-1.5质量％，或者0.35-1.0质量％，或者0.40-0.80质量％，或者0.42-0.70质量％，或者0.45-0.60质量％，或者0.50-0.55质量％，或者在上述任意两个端值相互组合得到的数值范围之内。根据本申请的另一个实施方式，所述第一处理条件包括对所述硅酸盐水溶液进行加热，例如加热温度可以为20-200℃(其中高于水溶液常温沸点的加热温度可以通过在加压条件下加热来实现)，例如可以为30-180℃，或者为40-170℃，或者为50-165℃，或者为55-160℃，或者为60-150℃，或者为65-120℃，或者为70-105℃，或者为75-100℃，或者为80-100℃，或者为85-100℃，或者为90-100℃，或者为95-100℃，或者在上述任意两个端值相互组合得到的数值范围之内。根据本申请的一个优选实施方式，所述第一处理包括将所述硅酸盐水溶液(其中已经加入了所述过硫酸盐)在常压条件下加热至沸腾。根据本申请的另一个实施方式，所述第一处理持续第一时间，该第一时间可以为10分钟至24小时，例如20分钟至20小时，或者30分钟至18小时，或者40分钟至16小时，或者50分钟至12小时，或者1-10小时，或者1.2-8小时，或者1.5-6小时，或者1.8-5小时，或者2-4小时，或者2-3小时，或者在上述任意两个端值相互组合得到的数值范围之内。

接下来，在图1所示实施方式的步骤三以及以上图2所示实施方式的步骤III中，随后向所述硅酸盐溶液中加入亚硫酸盐，并且在第二处理条件下处理第二时间。根据本申请的一个实施方式，所述亚硫酸盐可以选自过亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸铵，或者上述两种或三种的组合，优选所述亚硫酸盐是亚硫酸钠。根据本申请的一个实施方式，所述亚硫酸盐可以以固体的形式直接加入所述硅酸盐水溶液中。根据本申请的另一个实施方式，所述亚硫酸盐可以以水溶液的形式加入所述硅酸盐水溶液中，并且以所述亚硫酸盐水溶液的总重量为基准计，该水溶液中所述亚硫酸盐的浓度可以为0.01-25重量％，例如0.05-20重量％，或者0.1-18重量％，或者0.5-15重量％，或者0.8-14重量％，或者1-12重量％，或者2-10重量％，或者3-8重量％，或者4-7重量％，或者5-6重量％，或者可以在上述任意两个端值相互组合得到的数值范围之内。根据本申请的一个实施方式，以所述硅酸盐水溶液的总质量为100质量％计，向其中加入的亚硫酸盐的量(以亚硫酸盐的干质量计)可以为0.001-5质量％，例如可以为0.01-4.5质量％，或者0.02-4.0质量％，或者0.03-3.5质量％，或者0.04-3.0质量％，或者0.05-2.5质量％，或者0.05-2.0质量％，或者0.05-1.5质量％，或者0.05-1.0质量％，或者0.05-0.80质量％，或者0.05-0.50质量％，或者0.05-0.20质量％，或者0.05-0.10质量％，或者在上述任意两个端值相互组合得到的数值范围之内。根据本申请的另一个实施方式，所述第二处理条件包括对所述硅酸盐水溶液进行加热，例如加热温度可以为20-200℃(其中高于水溶液常温沸点的加热温度可以通过在加压条件下加热来实现)，例如可以为30-180℃，或者为40-170℃，或者为50-165℃，或者为55-160℃，或者为60-150℃，或者为65-120℃，或者为70-105℃，或者为75-100℃，或者为80-100℃，或者为85-100℃，或者为90-100℃，或者为95-100℃，或者在上述任意两个端值相互组合得到的数值范围之内。根据本申请的一个优选实施方式，所述第二处理包括将所述硅酸盐水溶液(其中已经先后加入了所述过硫酸盐和所述亚硫酸盐)在常压条件下加热至沸腾。根据本申请的另一个实施方式，所述第二处理持续第二时间，该第二时间可以为10分钟至24小时，例如20分钟至20小时，或者30分钟至18小时，或者40分钟至16小时，或者50分钟至12小时，或者1-10小时，或者1.2-8小时，或者1.5-6小时，或者1.8-5小时，或者2-4小时，或者2-3小时，或者在上述任意两个端值相互组合得到的数值范围之内。

根据本申请图1所示的步骤一至步骤三或者图2所示的步骤I至步骤III之后，能够获得有效地进行了脱色的硅酸盐溶液，根据本申请的一个实施方式，在上述步骤三或步骤III之后，硅酸盐溶液的吸光度可以发生显著的下降，例如降至≤0.59，或者≤0.55，或者≤0.52，或者≤0.50，或者≤0.45，或者≤0.40，或者≤0.35，或者≤0.30，或者≤0.25，或者≤0.20，或者≤0.15，或者≤0.12，所述吸光度的下限可以是≥0.01，或者是≥0.02，或者是≥0.03，或者是≥0.05，或者是≥0.07，或者是≥0.09，或者是≥0.10，或者处理之后的吸光度可以在上述任意两个端值相互组合得到的数值范围之内。

本申请的一个很重要的技术特征在于，首先向待脱色处理的硅酸盐溶液中添加过硫酸盐，然后进行一段时间(第一时间)的第一处理，然后再向硅酸盐溶液中添加亚硫酸盐。也即是说，在本申请中，按照先添加过硫酸盐、后添加亚硫酸盐的方式来进行上述组份的添加，而且过硫酸盐和亚硫酸盐的添加之间存在时间间隔(第一时间)。根据本申请的一个实施方式，在本申请中，不存在“同时添加过硫酸盐和亚硫酸盐”的时间点，也不会在添加过硫酸盐之前添加亚硫酸盐。

如上文所述，在按照本申请方法的步骤对硅酸盐溶液进行脱色之后，还可以通过常规的加工步骤以该脱色的硅酸盐溶液为原料合成二氧化硅产品，例如白炭黑。在根据本申请一个实施方式的用来合成白炭黑的实施方式中，在通过步骤I至步骤III得到脱色的硅酸盐水溶液之后，继续对该硅酸盐水溶液进行步骤IV和步骤V，以制备白炭黑。根据一个示例性实施方式，在步骤IV中通过改变硅酸盐水溶液的条件，例如降低该硅酸盐水溶液的温度(还可以任选地另外调节其pH值)使得水合二氧化硅(SiO₂·nH₂O，其中n可以为0.5-15的数值，可以为分数或整数，例如可以为0.8-12，或者1.0-10，或者2-8，或者3-6，或者4-5，或者上述任意两个端值相互组合得到的数值范围)沉淀出来。根据一个优选的实施方式，通过使得硅酸盐水溶液的温度降至室温或更低的温度，以使得水合二氧化硅沉淀出来，例如可以将温度降至≤30℃，或者≤25℃，或者≤20℃，或者≤15℃，或者≤12℃，或者≤10℃，或者≤8℃，或者≤5℃的温度。根据本申请的另一个优选的实施方式，在步骤IV中还对硅酸盐水溶液的pH值进行调节，以促进水合二氧化硅的沉淀，例如可以通过加入酸(例如稀盐酸或稀硫酸)将硅酸盐水溶液的pH值调节至≤13，例如≤12，或者≤11，或者≤10。在所述沉淀之后，可以通过过滤(例如抽滤)将水合二氧化硅沉淀与滤液分离。根据一个限制性的实施方式，所述滤液可以直接循环用于对稻壳灰进行碱溶出(对于未进行pH调节的情况)。

接下来在步骤V中，对步骤IV制得的水合二氧化硅沉淀任选地进行清洗，然后进行干燥，以制得目标白炭黑产物。根据本申请的一个实施方式，可以在空气气氛、氧化性气氛、还原性气氛、真空环境或惰性气氛下进行该步骤V，其中干燥步骤可以在所需的温度下进行，例如50-200℃，或者60-180℃，或者70-170℃，或者80-150℃，或者100-120℃，可以使用真空烘箱、对流烘箱等加热装置进行干燥。通过该步骤V制得本申请的白炭黑，由于该步骤中采用了本发明特别设计的脱色工艺，使得白炭黑具有更好的色度，产品质量更为稳定。

下文以具体实施例的方式描述本申请，其目的在于更好地理解本申请的内容。应理解，这些实施例仅仅是阐述性的，而非限制性的。实施例中所使用的试剂，除非另有说明，否则都是从市场上常规购得。实施例中所使用的方法和条件，如无特殊说明，均为常规方法和条件。

实施例

在以下的实施例中以稻壳原料制备硅酸盐水溶液为例说明本申请方法的具体实施方式，并且以比较例说明了本申请工艺步骤的设计的关键作用。除非另外说明，在以下实施例中使用的化学试剂均为化学纯，从供应商处购得之后未经进一步处理直接使用，所使用的水均为蒸馏水。

在以下的实施例中，溶液的颜色用吸光度来表征，测试步骤如下：使用岛津紫外分光光度计UV-2700，吸取适量待测液体，放入比色皿中，使用300nm的检测波长测量其吸光度，以装有相同量的重蒸馏水作为基线。

实施例1：

在该实施例中使用丰海(盘锦)水稻生物科技有限公司提供的溶解稻壳灰获得的透明硅酸钠水溶液作为原料，该硅酸钠水溶液的浓度为20.6重量％，模数为2.9，其吸光度为1.4。

将100克如上所述的硅酸钠溶液加入装有桨叶搅拌器、回流冷凝器的250mL的三口烧瓶中，在持续搅拌的条件下将硅酸钠溶液加热至微沸，在后续过程中始终保持烧瓶内的溶液微沸。将0.5克过硫酸钠加入所述烧瓶中。过硫酸钠加完之后，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌2小时。将0.05克亚硫酸钠加入所述烧瓶中。亚硫酸钠加完之后，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌2小时。然后停止搅拌，测得该硅酸钠水溶液的吸光度为0.12。

实施例2：

将100克实施例1所述的吸光度为1.4的硅酸钠溶液加入装有桨叶搅拌器和回流冷凝器的250mL的三口烧瓶中，在持续搅拌的条件下将硅酸钠溶液加热至微沸，在后续过程中始终保持烧瓶内的溶液微沸。加入过硫酸钠0.8g，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌2小时，然后加入亚硫酸钠0.1g，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌2小时，所得硅酸钠溶液测试吸光度为0.11。

实施例3：

将100克实施例1所述的吸光度为1.4的稻壳灰制备的硅酸钠溶液加入装有桨叶搅拌器和回流冷凝器的250mL的三口烧瓶中，在持续搅拌的条件下将硅酸钠溶液加热至微沸，在后续过程中始终保持烧瓶内的溶液微沸。加入过硫酸钠0.3g，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌2小时，然后加入亚硫酸钠0.02g，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌2小时，所得硅酸钠溶液测试吸光度为0.13。

对比例1

在该对比例1中采用与实施例1相同的步骤和工艺条件，区别仅在于，0.5g过硫酸钠水溶液加完之后，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌2小时。然后不加入亚硫酸钠水溶液，而是使得烧瓶内的物料在微沸条件下再持续搅拌2小时。然后停止搅拌，所得硅酸钠溶液测试吸光度为0.6。

对比例2

将100克实施例1所述的吸光度为1.4的稻壳灰制备的硅酸钠溶液加入装有桨叶搅拌器和回流冷凝器的250mL的三口烧瓶中，在持续搅拌的条件下将硅酸钠溶液加热至微沸，加入亚硫酸钠0.02g，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌4小时，所得硅酸钠溶液测试吸光度为1.4。

对比例3

在该对比例3中，将100克如实施例1所述制得的硅酸钠溶液加入装有桨叶搅拌器、回流冷凝器的三口烧瓶中，在持续搅拌的条件下将硅酸钠溶液加热至微沸，在后续过程中始终保持烧瓶内的溶液微沸，加入0.02g亚硫酸钠，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌2小时，再加入0.5克过硫酸钠，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌2小时。然后停止搅拌，所得硅酸钠溶液测试吸光度为0.6。

对比例4

在该对比例4中，将100克如实施例1所述制得的硅酸钠溶液加入装有桨叶搅拌器、回流冷凝器的250mL的三口烧瓶中，在持续搅拌的条件下将硅酸钠溶液加热至微沸，在后续过程中始终保持烧瓶内的溶液微沸。将0.02克亚硫酸钠和0.5克过硫酸钠快速加入反应瓶中。加完之后，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌4小时。然后停止搅拌，所得硅酸钠溶液测试吸光度为0.8。

对比例5

将100克如实施例1所述制得的硅酸钠溶液加入装有桨叶搅拌器、回流冷凝器和加液漏斗的250mL的三口烧瓶中，在持续搅拌的条件下将硅酸钠溶液加热至微沸，在后续过程中始终保持烧瓶内的溶液微沸。将2克30％的次氯酸钠水溶液加入所述烧瓶中。加完之后，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌2小时。将0.05克加入所述烧瓶中，烧瓶内的物料在微沸条件下持续搅拌2小时。所得硅酸钠溶液测试吸光度为0.9。

以上实施例1-3和对比例1-5中处理之后的硅酸钠溶液吸光度汇总作图示于图3，可以看到，对比例1-5由于省略了过硫酸盐和亚硫酸盐中任一种(对比例1-2)，改变了二者的添加顺序(对比例3)，没有将二者依次加入(对比例4)，或者使用了不同于本发明的氧化剂(对比例5)，均未能实现例相的硅酸钠溶液纯化脱色效果。相比之下，本发明的实施例1-3则实现了优异的溶液纯化脱色效果。

另外，可以预想使用本发明的实施例1-3的硅酸钠溶液经过常规的沉淀和干燥操作，也将能够合成高品质的诸如白炭黑之类的二氧化硅产品。

以上实例仅为本申请列举的具体实例，但本申请的技术特征并不局限于此。任何以本申请为基础，为解决基本相同的技术问题，基本相同的技术效果，而所作出简单的变化、等同替换或其他修饰等，皆涵盖在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种硅酸盐水溶液脱色方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：提供硅酸盐水溶液；

步骤二：向所述硅酸盐水溶液中加入过硫酸盐，并在第一处理条件下处理第一时间；以及

步骤三：在步骤二之后，向所述硅酸盐水溶液中加入亚硫酸盐，并在第二处理条件下处理第二时间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过硫酸盐选自：过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、及其组合。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亚硫酸盐选自：亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸铵、及其组合。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸钠，所述亚硫酸盐为亚硫酸钠。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述硅酸钠水溶液的总质量为基准计，所述过硫酸盐的量为0.001-5质量％；

所述第一处理条件包括20-200℃的处理温度，所述第一时间等于或大于10分钟。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述硅酸钠水溶液的总质量为基准计，所述亚硫酸盐的量为0.001-5质量％；

所述第二处理条件包括20-120℃的处理温度，所述第二时间等于或大于10分钟。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，以所述硅酸盐水溶液的总重量为基准计，该硅酸盐水溶液中硅酸盐的含量为1-55重量％，优选为15-25重量％；

所述硅酸盐水溶液的模数(SiO₂:M₂O摩尔比)为2.20-3.60。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中提供的硅酸盐水溶液来源于生物质；优选来源于谷物麸皮；更优选所述谷物麸皮是选自以下的谷物的麸皮：水稻、旱稻、小麦、大麦、燕麦、黑麦、荞麦、玉米、高粱、粟、黍、黄米、大豆、蚕豆、豌豆、绿豆、红小豆、芸豆、及其组合。

9.一种硅酸盐产品，其通过权利要求1-8中任一项所述的方法制得，所述硅酸盐产品为泡花碱或水玻璃。

10.一种二氧化硅产品，其使用权利要求9所述的硅酸盐产品为原料制得。