专利名称：一种利用稻壳灰制备二氧化硅和活性炭的新方法
技术领域：
本发明涉及一种稻壳灰制备二氧化硅和活性炭的新方法，特别涉及以稻壳灰为原料，同步溶硅、活化制备二氧化硅和活性炭过程中二氧化碳和碳酸钠循环利用的新方法。
背景技术：
在工业化迅猛发展的今天，人类正面临着环境急剧恶化的压力。其中由温室效应 所引起的全球气温上升是人们首要解决的问题之一。为了应对全球气候变化，各国政府都 会采取经济手段、环境保护手段、法律手段甚至必要的行政手段，限制高能耗、高污染产业 的发展。我国“控制温室气体排放的行动目标”是到2020年实现单位国内生产总值二氧 化碳减排40%。走好低碳之路，就是要力争在保持经济社会发展的总体目标下，以最小的成 本实现碳强度减排目标。低碳经济和绿色增长将成为未来经济发展的大趋势。因此对于生 物质及其产物的利用正是以这一目标为出发点。我国是世界上稻壳资源最丰富的国家，但是与发达国家相比利用率低，综合利用 效益差。美国的D.K.斯蒂芬斯发明的专利CN1319033A公开了一种对稻壳热解获得的稻壳 灰进行苛化煮解制得的活性炭，其碘值至少为650-1000.但对稻壳灰中的主要成分硅却没 有涉及。专利CN101348255公开了以稻壳灰为原料获得的二氧化硅水凝胶，再进行溶剂替 换，制备疏水二氧化硅气凝胶的方法；专利CN1449997公开了以稻壳灰为原料制备二氧化 硅气凝胶的方法；CN1669921公开了稻壳灰经过强碱水溶液浸取、中和生成二氧化硅水溶 胶、向溶胶中加入有机硅化合物进行处理，形成水凝胶、水凝胶经老化、水洗、有机溶剂置换 水凝胶中的水分、常压干燥，制得二氧化硅气凝胶的方法；CN1039000公开了将稻壳灰在加 温、加压的条件下与烧碱溶液反应生成水玻璃和活性炭的工艺；CN1229057公开了在加温、 加压、加水条件下将稻壳灰与火碱按10 3的比例投入反应釜中制备活性炭和水玻璃产品 的工艺；CN1319033公开了一种对稻壳热解灰进行苛化煮解制得活性炭的方法；CN1756719 公开了稻壳灰经碱煮滤液通入二氧化碳沉淀制备二氧化硅，产生的碳酸钠与氧化钙反应再 生成氢氧化钠循环利用的方法；CN1792789公开了稻壳灰经酸洗、碱煮、盐酸中和成凝胶、 干燥后高能球磨制备纳米二氧化硅的方法；CN101259964公开了以稻壳灰为原料常压干燥 制备二氧化硅气凝胶的方法；CN101264885公开了利用稻壳灰制取水玻璃后的碱溶滤渣 经洗涤，并采用氢氧化钾为活化剂进行活化；再经洗涤、烘干制成高吸附值活性炭的工艺； CN101391778公开了将稻壳灰水洗至中性，烘干后碱洗制得水玻璃溶液，加入金属离子螯合 齐U，超声波辅助洗涤制得高纯度白炭黑的方法；CN101402458公开了稻壳灰的碱法处理制 备纳米二氧化硅的工艺；CN1319033公开了一种对稻壳热解获得的稻壳灰进行苛化煮解制 得的活性炭；CN101456555公开了将稻壳灰先碱洗再酸洗，经二次活化制得高模数水玻璃 和活性炭的方法；CN1113216公开了稻壳灰在加温加压的条件下和纯碱溶液在搅拌反应釜 内进行化学反应，经过滤、冷却、过滤、打浆中和、过滤、烘干和高温烘干二氧化硅的方法。以上专利中，部分专利利用稻壳灰中的硅源单独制备水玻璃、二氧化硅；部分专利利用稻壳灰中的碳源单独制备活性炭，并未将稻壳灰充分利用。还有部分专利先分离炭与二氧化硅，再高温活化炭制备活性炭，使得反应的成本过高。并且大部分的专利并未考虑到 在生产过程产生的废液、废气对环境的污染。
发明内容
本发明的目的在于将稻壳热解后的稻壳灰制备纳米二氧化硅和活性炭，制备过程为不产生废气、废渣的低碳绿色工艺。本发明包括以下二个步骤(1)高温熔融活化滤渣制备活性炭将稻壳灰、固体碳酸钠或碳酸钾按质量比为1 1.5 3.0的比例均勻混合，置于 高温炉中升温至850 950°C，恒温熔融反应，同时回收尾气，反应0. 5 2h后停止加热，冷 却至100°C以内，转移至溶解釜中加热至沸腾溶解0. 5 2h，过滤分离滤液和滤渣，将滤渣 经稀酸水洗，再用水洗至中性为止，过滤，干燥，包装得活性炭产品。(2)滤液制备二氧化硅将步骤(1)的滤液置于反应釜中，调整温度为70 95°C，通入(1)中二氧化碳混 合气，碳化lh，陈化3h，过滤，滤液浓缩结晶，返回步骤(1)循环利用，滤饼洗涤、干燥、粉碎、
包装得二氧化硅产品。本发明的特征在于稻壳灰与碳酸钠或碳酸钾加热熔融，释放出二氧化碳，与稻壳 燃烧尾气混合，调整二氧化碳质量分数为25 40%，用于步骤(2)中碳化反应，循环利用。本发明的特征在于步骤(2)中滤液，经浓缩结晶回收碳酸钠或碳酸钾，返回步骤 (1)循环利用。本发明的先进性在于1.碳酸钠高温分解后与稻壳灰反应生成硅酸钠固体，经水溶后得到水玻璃溶液和 固体活性炭，实现了溶硅、活化的一步完成。降低了成本，使稻壳灰得到了充分的利用。2.溶硅阶段碳酸钠分解产生的二氧化碳气体与燃烧尾气混合，经过净化处理，可 以用于制备二氧化硅的沉淀剂，既避免了传统工艺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，减少了温室气体的排放，实现了二氧化碳的循环利用。3.碳酸钠作为原料与稻壳灰反应得到硅酸钠固体，经水溶得到水玻璃溶液，再经 碳化析出二氧化硅固体，过滤得到碳酸钠溶液，滤液结晶得到碳酸钠固体。在此过程中碳酸 钠不消耗，可循环利用，降低成本，减少废水排放。4.在制备二氧化硅时，不用加入其它物质防止凝胶生成，降低成本，减少废水排 放。下面结合实施例对本发明作进一步描述实施例1 将稻壳灰、固体碳酸钾按质量比为1 1. 75的比例均勻混合，置于高 温炉中升温至700°C，恒温熔融反应Ih后停止加热，冷却至100°C以内，转移至溶解釜中加 热至沸腾溶解lh，过滤分离滤液和滤渣，将滤渣经稀酸水洗，再用水洗至中性为止，过滤，干 燥，包装得比表面积为690m2/g、碘吸附值为2068mg/g的活性炭产品。实施例2:将稻壳灰、固体碳酸钠按质量比为1 1.75的比例均勻混合，置于高温 炉中升温至875°C，恒温熔融反应1小时后停止加热，冷却至100°C以内，转移至溶解釜中加热至沸腾溶解1小时，过滤分离滤液和滤渣，将滤渣经稀酸水洗，再用水洗至中性为止，过 滤，干燥，包装得比表面积为355m2/g、碘吸附值为1063mg/g的活性炭产品。
实施例3:将稻壳灰、固体碳酸钠按质量比为1 1.75的比例均勻混合，置于高温 炉中升温至900°C，恒温熔融反应Ih后停止加热，冷却至100°C以内，转移至溶解釜中加热 至沸腾溶解lh，过滤分离滤液和滤渣，滤渣经稀酸水洗，再用水洗至中性为止，过滤，干燥， 包装得比表面积为380m2/g、碘吸附值为1138mg/g的活性炭产品。实施例4:将稻壳灰、固体碳酸钠按质量比为1 1.75的比例均勻混合，置于高温 炉中升温至900°C，恒温熔融反应45min后停止加热，冷却至100°C以内，转移至溶解釜中 加热至沸腾溶解lh，过滤分离滤液和滤渣，滤渣经稀酸水洗，再用水洗至中性为止，过滤，干 燥，包装得比表面积为460m2/g、碘吸附值为1378mg/g的活性炭产品。实施例5:将稻壳灰、固体碳酸钠按质量比为1 2的比例均勻混合，置于高温炉 中升温至900°C，恒温熔融反应45min后停止加热，冷却至100°C以内，转移至溶解釜中加 热至沸腾溶解lh，过滤分离滤液和滤渣，将滤渣经稀酸水洗，再用水洗至中性为止，过滤，干 燥，包装得比表面积为385m2/g、碘吸附值为1154mg/g的活性炭产品。实施例6 将稻壳灰、固体碳酸钠按质量比为1 1.75的比例均勻混合，置于高温 炉中升温至900°C，恒温熔融反应45min后停止加热，冷却至100°C以内，转移至溶解釜中加 热至沸腾溶解1. 5h，过滤分离滤液和滤渣，将滤渣经稀酸水洗，再用水洗至中性为止，过滤， 干燥，包装得比表面积为500m2/g、碘吸附值为1498mg/g的活性炭产品。实施例7 将步骤(1)得到的滤液置于反应釜中，调整温度为80°C，通入含30wt% 二氧化碳混合气碳化反应lh、陈化3h，过滤，滤饼洗涤、干燥、粉碎包装得粒径为39nm、纯度 为99. 2%、白度为99. 3%的二氧化硅产品。实施例8 将步骤(1)得到的滤液置于反应釜中，调整温度为90°C，通入30衬％二 氧化碳混合气碳化反应lh、陈化3h，过滤，滤饼洗涤、干燥、粉碎包装得平均粒径为41nm、纯 度为99. 3%、白度为99. 5%的二氧化硅产品。
权利要求
一种利用稻壳灰制备二氧化硅和活性炭的新方法，具体步骤如下(1)高温熔融活化，滤渣制备活性炭按一定比例称取稻壳灰、固体碳酸钠或碳酸钾，均匀混合，置于高温炉中升温至850～950℃，恒温熔融反应，同时回收尾气(与稻壳燃烧尾气混合形成混合尾气)，反应0.5～2h后停止加热，冷却至100℃以内，转移至溶解釜中加热至沸腾溶解0.5～2h，过滤分离滤液和滤渣；将滤渣经稀酸水洗，再用水洗至中性为止，过滤，干燥，包装得活性炭产品；(2)滤液制备二氧化硅将步骤(1)的滤液置于反应釜中，调整温度为70～95℃，通入(1)中混合尾气，碳化1h，陈化3h，过滤，滤液浓缩结晶，返回步骤(1)循环利用，滤饼洗涤、干燥、粉碎、包装得二氧化硅产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于稻壳灰与碳酸钠或碳酸钾加热熔融，释放出 二氧化碳，与稻壳燃烧尾气合并，调整二氧化碳质量分数为25 40%，用于步骤(2)中碳化 反应，循环利用。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中滤液，经浓缩结晶回收碳酸钠或 碳酸钾，返回步骤(1)循环利用。
全文摘要
本发明公开了一种利用稻壳热解灰制备二氧化硅和活性炭的新方法，具体涉及利用稻壳热解后的稻壳灰制备纳米二氧化硅和活性炭的新方法。主要原料碳酸钠高温分解后与稻壳灰反应生成硅酸钠固体，经水溶后得到水玻璃溶液和固体活性炭，实现了溶硅、活化的一步完成。水玻璃溶液再经碳化析出二氧化硅，过滤得到碳酸钠溶液，结晶得碳酸钠固体，在全部制备过程中碳酸钠仅起到催化剂作用，不消耗，可循环利用，降低成本，减少废水排放。溶硅阶段碳酸钠分解产生的二氧化碳气体与稻壳燃烧尾气混合，经净化处理作为制备二氧化硅的沉淀剂，降低了成本，减少了温室气体的排放，实现了二氧化碳的循环利用。
文档编号C01B31/08GK101804988SQ20101016214
公开日2010年8月18日 申请日期2010年5月5日 优先权日2010年5月5日
发明者丁雪峰, 刘妍, 刘艳华, 朱燕超, 王子忱, 赵旭, 郭玉鹏 申请人:吉林大学