循环流化床燃烧有机酸预处理稻壳制备纳米SiO2的方法技术

循环流化床燃烧有机酸预处理稻壳制备纳米SiO2的方法，属于化工技术领域，解决了目前利用稻壳制备高纯度二氧化硅的方法存在的问题，它包含第一步，制备预处理稻壳的有机酸溶液；第二步，将稻壳放入有机酸溶液中浸泡；第三步，将浸泡处理后的稻壳用离心机进行脱水；然后用清水反复清洗稻壳；第四步，将清洗后的稻壳与水一起泵入板框压滤机压缩脱水至稻壳水分为30%；第五步，将稻壳干燥至含水量15%以下；第六步，将稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧；燃尽后的稻壳灰随烟气进入布袋除尘器，布袋除尘器收集得到的稻壳灰经研磨后成为粒径为50～80nm，纯度为98.0%～99.6%的纳米级活性二氧化硅；本发明专利技术用于制备纳米SiO2。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工
，具体涉及循环流化床燃烧有机酸预处理稻壳制备纳米SiO2的方法。
技术介绍
二氧化硅(SiO2)是一种应用非常广泛的化工产品，在橡胶、油墨、塑料、医药、农药、牙膏、化妆品、油漆等行业有着重要的用途。稻壳灰的主要成分为二氧化硅，所以稻壳作为稻谷加工生产过程中的副产品，是一种很有工业价值的农业加工废弃物；目前利用未处理过的稻壳在低温600℃～650℃下长时间燃烧可得到含有金属氧化物等杂质的纳米级二氧化硅，因此，稻壳是制备生产高纯无定形态二氧化硅的理想原料。稻壳灰的成分除了二氧化硅外，还含有许多金属氧化物及未燃尽的炭。随着燃烧温度的升高，稻壳中的二氧化硅与碱金属氧化物发生化学反应生成熔融的硅酸盐，使得无定形二氧化硅转化为石英晶体，失去无定形二氧化硅的活性。因此，用稻壳为原料制备高纯、无定形二氧化硅必须进行相关预处理。现有的利用稻壳制备二氧化硅的方法及存在的问题如下：专利号03133335.4公开了一种从稻壳制备高纯纳米二氧化硅的方法，包括以下步骤：先制备浓度为0～20 wt%的无机酸处理剂，按照2～50:1的重量比在处理剂中加入稻壳，煮沸0.5～3h，经水洗、干燥，再将稻壳于600～900℃环境下燃烧处理15～180分钟，燃烧产物经粉碎后得到粒径为30～80nm、纯度为98%～99%的纳米二氧化硅，所用的处理剂为盐酸或硫酸。稻壳的燃烧热回收，用于处理稻壳的干燥等用热或其它用热如采暖、浴池等。该方法存在的问题：燃烧时间长，燃烧不连续，控温难；并且无机酸处理后稻壳燃烧有二次污染物如HCl、SO2、NOX排放，腐蚀锅炉受热面。专利号201210246888.8公开了一种快速制造白色活性稻壳灰的方法，并设计出相应的焚烧装置。该方法中首先对稻壳进行2～24小时的稀酸处理，处理后的稻壳需进行反复清洗除去稻壳中的杂质，最后将清洗后的稻壳装入该焚烧装置中进行控温焚烧，焚烧温度为600～800℃。得到含90%以上50nm级无定形二氧化硅的稻壳灰。该方法存在的问题：该方法中焚烧装置过于简单，燃烧不连续，热量不回收，控温难，二氧化硅含量低，无机酸处理后稻壳燃烧有二次污染物如HCl、SO2、NOX排放，腐蚀锅炉受热面。专利号200510031636.3公开了一种利用稻壳制取高纯二氧化硅工艺方法及装置，通过采用常规焙烧和酸洗结合的方法提取稻壳中二氧化硅。首先将稻壳筛分并干燥，再控温干馏炭化获得炭化稻壳。控温干馏温度为400～500℃。然后将炭化稻壳酸洗去除碱金属杂质并干燥从而制备氮化硅、碳化硅或者直接水洗得到高纯超细白炭黑。该方法存在的问题：干馏炭化稻壳无法通过水洗直接得到高纯超细白炭黑，因为炭化稻壳含碳量很高，无机酸处理后废水中含有大量碳黑，处理困难。由以上相关专利可知现有工艺均存在以下缺陷：一、无机酸处理稻壳后燃烧会造成SO2、NOX、HCl等二次污染；二、现有工艺都采用固定床间歇燃烧或干馏稻壳，温度难以控制，不能连续生产；三、在干馏炭化之后增加了酸洗步骤，增加了废水处理难度及成本；四、热量回收率不高或者不能回收。可见目前还没有一种制备二氧化硅的工艺能够实现工业化连续生产，并将燃烧产生的热量充分利用（如发电或供热）。因此，很有必要提供一种低污染、以稻壳为原料连续生产制备高纯纳米级二氧化硅的工艺方法，同时实现热量回收利用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前利用稻壳制备高纯度二氧化硅的方法存在的上述问题，提供了一种循环流化床燃烧有机酸预处理稻壳制备纳米SiO2的方法，其技术方案如下：循环流化床燃烧有机酸预处理稻壳制备纳米SiO2的方法，它包含以下步骤：第一步，制备预处理稻壳的有机酸溶液，有机酸可采用柠檬酸、草酸、醋酸、苹果酸等，质量浓度为2.0%～20%；第二步，将稻壳放入有机酸溶液中浸泡，以10～30L有机酸溶液浸泡1Kg稻壳的比例混合，在温度为60～100℃下对稻壳进行2～10 h的浸泡处理，以除去稻壳中的碱金属杂质，浸泡期间搅拌溶液使稻壳与有机酸溶液充分接触，加快反应速度；第三步，将浸泡处理后的稻壳用离心机进行脱水，滤出液体，离心机滤出液体用于上一步浸泡稻壳使用；然后用清水反复清洗稻壳，直至清洗过稻壳的水溶液的PH值为6.9～7，除去残留在稻壳表面的金属杂质和残留酸溶液；清洗过稻壳的水溶液可以重新配置成酸处理液循环使用；第四步，将清洗后的稻壳与水一起泵入板框压滤机压缩脱水至稻壳水分为30%；板框压滤机压缩脱出的水用于上一步清洗稻壳；第五步，将经过压缩脱水后的稻壳打散后送入组合式正负压结合气流干燥机中干燥至含水量15%以下，干燥热源采用温度为200～350℃的气体，干燥热源可以采用循环流化床锅炉排出的热烟气；组合式正负压结合气流干燥机已由专利号：95216460.4所公开；第六步，将干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧，炉内床料采用纯度为99%以上的石英砂，石英砂粒径为0.1～1mm，此规格的石英砂的作用是充当循环物料，可以100%被分离器分离下来参与循环，只有极少量石英砂在炉内摩擦、碰撞成为50μm以下的粉末而带入稻壳灰中，成为纳米SiO2的一部分，但量极少，不构成对纳米SiO2品质的影响，炉内燃烧温度通过布置炉膛受热面的多少设置为750～900℃，烟气停留时间设置为10～15秒，循环倍率设置为30～50；燃烧过程中，粒径大于50μm的稻壳灰随循环物料石英砂被分离器分离后，通过回料装置进入炉膛反复燃烧，在循环倍率30-50的条件下，都能彻底燃尽；粒径小于50μm的稻壳灰需要保证离开分离器之前燃尽，所以需要保证合适的停留时间即10-15s。当炉内设置温度较低时，如750℃，停留时间需要达到15秒，当炉内温度设置较高时，如900℃，则需要较短的烟气停留时间，达到10秒即可；因此，在炉内燃烧温度在750～900℃的范围内，经有机酸溶液处理后的稻壳在循环流化床锅炉中反复燃烧均能得到保持活性的纳米级二氧化硅；燃尽后的稻壳灰由于颗粒小、重量轻，经尾部受热面换热后，随烟气进入布袋除尘器，布袋除尘器收集得到的稻壳灰经研磨后成为粒径为50～80nm，纯度为98.0%～99.6%的纳米级活性二氧化硅，即白色稻壳灰；稻壳在循环流化床中燃烧所产生的热量用于发电或者供热。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种具有生产成本低、能连续生产、温度可控、工艺简单、产量及附加值高、环境污染少的利用稻壳制备高纯活性二氧化硅的方法，具体效果如下：一、利用有机酸溶液代替现有方法中使用的无机酸溶液处理稻壳，可避免稻壳在燃烧过程中残留无机酸溶液造成的SO2、NOX、HCl等二次污染的排放，防上锅炉受热面受到腐蚀；二、采用先将稻壳进行有机酸处理再进行燃烧的方法，比现有技术中先将稻壳炭化后再进行酸处理，然后再燃烧的工艺流程简单，更容易用于工业生产；三、使用循环流化床锅炉代替固定床燃烧稻壳，既能很好的控制燃烧温度，防止稻壳因燃烧放热而使温度过高发生熔融，又能连续反复燃烧，提高了二氧化硅的纯度和生产效率，从而解决了固定床本文档来自技高网...

【技术保护点】
循环流化床燃烧有机酸预处理稻壳制备纳米SiO2的方法，它包含以下步骤：第一步，制备预处理稻壳的有机酸溶液，质量浓度为2.0%～20%；第二步，将稻壳放入有机酸溶液中浸泡，以10～30L有机酸溶液浸泡1Kg稻壳的比例混合，在温度为60～100℃下对稻壳进行2～10 h的浸泡处理；第三步，将浸泡处理后的稻壳用离心机进行脱水，滤出液体；然后用清水反复清洗稻壳，直至清洗过稻壳的水溶液的PH值为6.9～7；第四步，将清洗后的稻壳与水一起泵入板框压滤机压缩脱水至稻壳水分为30%；第五步，将经过压缩脱水后的稻壳打散后送入组合式正负压结合气流干燥机中干燥至含水量15%以下；第六步，将干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧，炉内床料采用纯度为99%以上的石英砂，石英砂粒径为0.1～1mm，炉内燃烧温度设置为750～900℃，烟气停留时间设置为10～15秒，循环倍率设置为30～50；燃尽后的稻壳灰随烟气进入布袋除尘器，布袋除尘器收集得到的稻壳灰经研磨后成为粒径为50～80nm，纯度为98.0%～99.6%的纳米级活性二氧化硅。

【技术特征摘要】
1.循环流化床燃烧有机酸预处理稻壳制备纳米SiO2的方法，它包含以下步骤：
第一步，制备预处理稻壳的有机酸溶液，质量浓度为2.0%～20%；
第二步，将稻壳放入有机酸溶液中浸泡，以10～30L有机酸溶液浸泡1Kg稻壳的比例混合，在温度为60～100℃下对稻壳进行2～10 h的浸泡处理；
第三步，将浸泡处理后的稻壳用离心机进行脱水，滤出液体；然后用清水反复清洗稻壳，直至清洗过稻壳的水溶液的PH值为6.9～7；
第四步，将清洗后的稻壳与水一起泵入板框压滤机压缩脱水至稻壳水分为30%；
第五步，将经过压缩脱水后的稻壳打散后送入组合式正负压结合气流干燥机中干燥至含水量15%以下；
第六步，将干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧，炉内床料采用纯度为99%以上的石英砂，石英砂粒径为0.1～1mm，炉内燃烧温度设置为750～900℃，烟气停留时间设置为10～15秒，循环倍率设置为30～50；燃尽后的稻壳灰随烟气进入布袋除尘器，布袋除尘器收集得到的稻壳灰经研磨后成为粒径为50～80nm，纯度为98.0%～99.6%的纳米级活性二氧化硅。
2.如权利要求1所述循环流化床燃烧有机酸预处理稻壳制备纳米SiO2的方法，它包含采用草酸配置质量浓度为5%的有机酸溶液；以12L有机酸溶液浸泡1Kg稻壳的比例混合，将稻壳放入有机酸溶液中浸泡，在温度为60～90℃下进行5小时的浸泡处理；干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧时，炉内燃烧温度设置为750℃；循环流化床锅炉排出的烟气通过布袋回收可得到纯度为99%～99.2%，平均粒径为55nm的无定形纳米二氧化硅稻壳灰。
3.如权利要求1所述循环流化床燃烧有机酸预处理稻壳制备纳米SiO2的方法，它包含采用草酸配置质量浓度为2.5%的有机酸溶液；以12L有机酸溶液浸泡1Kg稻壳的比例混合，将稻壳放入有机酸溶液中浸泡，在温度为60～90℃下进行5小时的浸泡处理；干燥后的稻壳送入循环流化床锅炉内燃烧时，炉内燃烧温度设置为750℃；循环流化床锅炉排出的烟气通过布袋回收可得到纯度为98.5%～99.0%，平均粒径为65nm的无定形纳米二氧化硅稻壳灰。
4.如权利要求1所述循环流化床燃烧有机酸预处理稻壳制备纳米SiO2的方法，它包含采用草酸配置质量浓度为5%的有机酸溶液；以12L有机酸溶液浸泡1Kg稻壳的比例混...

【专利技术属性】
技术研发人员：别如山，陈佩，别海培，宋兴飞，纪晓瑜，房点，李鹏坤，顾文波，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23