一种多孔碳硅复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多孔硅碳复合材料的制备方法，用含硅源的鸡饲料喂养鸡，得到硅和有机碳初步混合的鸡粪；然后用含硅鸡粪喂养蚯蚓，收集蚯蚓粪得到制备多孔硅碳复合材料的前驱体，经过干燥、均质化处理，最后通过高温焙烧得到多孔硅碳复合材料。本发明专利技术得到多孔碳硅复合材料，制备方法简单；而且能有效解决鸡粪环境污染问题，对鸡粪进行具有高附加值的二次利用。

Preparation of a porous carbon silicon composite

The present invention provides a method for preparing porous silicon / carbon composite materials, feeds the chicken with chicken feed containing silicon source, silicon and organic carbon of mixed chicken manure; and then use the silicon containing chicken feeding earthworms, earthworm feces collected to obtain the precursor preparation of porous silicon / carbon composite materials, after drying, homogenization finally, the porous silicon carbon composite material obtained by high temperature calcination. The invention obtains porous carbon silicon composite material, and has simple preparation method, and can effectively solve the environmental pollution problem of chicken manure, and has two additional uses for chicken manure with high added value.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔碳硅复合材料的制备方法
本专利技术属于化工领域，涉及一种多孔碳硅复合材料的制备方法。
技术介绍
硅碳复合材料最常用的合成方法有：化学气相沉积法、溶胶凝胶法、高温热解法、机械球磨法和水热合成法。但化学气相沉积法在实际操作中工艺条件不易控制，产量少，大规模工业化困难；溶胶凝胶法采用碳凝胶较其他碳材料的循坏稳定性差；高温热解法产生的硅碳复合材料中硅的分散性较差，且颗粒容易发生团聚等现象；机械球磨法是两种反应物在机械力作用下的混合，颗粒团聚现象非常严重；水热合成法能耗高、产量低，同样不适合大规模批量生产。因此现实问题是缺乏一种方法使制备组分间连接紧密、分散均匀、不易发生团聚且硅材料分散均匀、能够大规模工业化生产。鸡胗作为鸡消化的器官，帮助鸡进行消化，鸡通过吞食的小石子，将储存在鸡胗里面的食物充分磨碎然后消化。另外，在鸡饲料中添加硅粉，对鸡无毒害作用。根据《黑龙江八一农垦大学学报》2003年第15卷第2期的文章《烘干鸡粪营养成分的分析》所述，烘干鸡粪与几种常见饲料营养成分比较可知，烘干鸡粪中的粗蛋白、粗脂肪和粗纤维的总占比与大豆、豆饼、豆秙粉饲料中的总占比基本上是一致的。由于我国年出栏鸡约40亿只，每年年产鲜鸡粪约1.7亿吨，换算为干鸡粪约5500万吨。如果鸡粪不进行合理的有附加值的二次利用，则会对环境造成非常严重的影响，而且鸡粪的臭味也对环境影响严重。蚯蚓养殖随着能够处理养殖业废弃物等越来越引起人们的关注。蚯蚓粪是一种黑色、均一的微小颗粒物质，形状多为短杆和椭圆状，多孔、表面积大。蚯蚓粪放入水中能匀速沉淀，且经过长时间搅拌颗粒保存完好。蚯蚓粪基于以上特性，具有很强的吸附性能，可除臭、吸附重金属离子等。根据《饲料博览·技术版》2010年第11期的文章《蚯蚓粪的作用及其在鸡生产中的应用》可知，蚯蚓粪含有干物质86.30％、粗灰分58.22％、粗蛋白8.96％、粗纤维2.73％、粗脂肪0.10％、无氮浸出物16.29％、钙1.70％、磷0.58％，并且富含18种氨基酸。根据《土壤通报》1983年05期的文章《蚯蚓粪成分和肥效研究》可知，蚯蚓粪中的有机碳约为普通土壤中的12.5倍。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种多孔碳硅复合材料的制备方法，所述的这种多孔碳硅复合材料的制备方法要解决现有技术中制备硅碳复合材料的方法颗粒团聚现象非常严重、水热合成法能耗高、产量低、不适合大规模批量生产的技术问题。本专利技术提供了一种多孔硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)鸡饲料原料与含硅材料混合造粒，制成含硅鸡饲料；所述的鸡饲料原料包括蛋白质原料或者碳水化合物的任意一种或者两种以任意比例混合的饲料；所述的蛋白质原料包括大豆、豆饼、豆秙粉、玉米粉、高粱粉中的任意一种或者两种以上以任意比例混合的饲料；所述的碳水化合物包括大豆、豆饼、豆秙粉、玉米粉、高粱粉中的任意一种或者两种以上以任意比例混合的饲料；所述的含硅材料包括单质硅、含硅氧的材料或者含碳化硅的材料中的一种或者两种以上以任意比例混合的材料；在造粒的过程中，将鸡饲料原料和含硅材料分别通过粉碎机粉碎至5～30微米级别的颗粒，然后将鸡饲料原料、含硅材料通过搅拌混料机充分混匀，最后通过食品造粒机造粒，得到含硅鸡饲料，含硅鸡饲料组成的硅碳比是根据碳硅复合材料的容量确定的，碳/单质硅复合材料的容量计算公式为：Q＝4200*x+372*(1-x)，碳/氧化硅复合材料的容量计算公式为：Q＝1970*x+372*(1-x)，碳/碳化硅复合材料的容量计算公式为Q＝869*x+372*(1-x)；其中X是指设计材料中含硅材料组分质量分数(0<x<1)，Q是指设计硅碳复合材料的克容量，单位mAh；2)用含硅鸡饲料喂养鸡，含硅鸡饲料在鸡胗内消化的过程中形成有机碳源化合物包覆含硅材料的前驱体混合物，然后以鸡粪的形式排出，收集含硅鸡粪；含硅鸡粪的收集方法是第二天在喂养鸡群之前，将第一天喂养鸡群后产生的鸡粪清理干净；然后第三天在喂养集群之前，将第二天喂养鸡群后产生的鸡粪收集；如此往复，直至收集充足的用于试验的鸡粪；3)采用含硅鸡粪堆床发酵；将含硅鸡粪边洒水边疏松，直至混合粪有水渗出，将其堆成圆锥状，然后静置5～10天时间，通过发酵消除鸡粪原有的臭味，控制pH在6.5～7.5间，使之成为适合喂养蚯蚓的原料；4)在发酵后鸡粪的堆床中投入蚯蚓种苗，收集筛分蚯蚓粪，然后进行干燥和均质化处理；在投入蚯蚓种苗和收集筛分蚯蚓粪的过程中，将发酵后的含硅鸡粪转移至喂养箱中，铺成15～25厘米厚的蚯蚓床，每平方米面积的蚯蚓床投入种蚓1万至2万条，控制喂养室温度在20～27度，相对湿度65～80％，蚯蚓粪筛分工艺为先使用4～6mm孔径的筛子筛分蚯蚓粪，除去杂屑；然后使用2～4mm的筛子筛分，将蚯蚓粪和蚯蚓卵茧分开；在将蚯蚓粪干燥的过程中，将每次收集的蚯蚓粪放入真空烘箱后，抽真空并将抽取的气体通入水中；随后，在真空状态下升温至80～120℃烘干1～2h；再次，抽取真空烘箱中的气体并通入水中；然后，通入氮气直至真空烘箱达到非真空状态；最后，继续通氮气5～10min，并将此过程中排出的气体通入水中；将真空烘干后收集的碳硅复合材料的前驱体放入铝塑膜中通过真空封口机封口，备用；在将蚯蚓粪均质化的过程中，将烘干后的硅碳复合材料前驱体放入粉碎机中，粉碎至5～30微米级别的颗粒，分级筛分后即可得到均质化的硅碳复合材料前驱体；5)将均质化后的蚯蚓粪在惰性气氛下进行高温碳化处理；在碳化处理的过程中，将碳硅复合材料前驱体放入马弗炉中，并在惰性气氛下以2～10℃/min的升温速率升温至600～800℃，恒温2～6h，然后在惰性气氛下自然冷却至室温，即可得到多孔致密的硅碳复合材料。进一步的，含硅鸡饲料喂养鸡的流程是根据每天每只鸡150g的含硅鸡饲料喂养鸡群。进一步的，所述的惰性气体包括氮气、氩气中的一种或两种的以任意比例混合的气体。进一步的，在人工养殖的肉鸡或蛋鸡群中，利用鸡胗在鸡饲料消化过程中的混合作用，将含硅材料和有机碳源化合物充分混合。进一步的，在人工养殖的蚯蚓中，用含硅鸡粪喂养蚯蚓，利用蚯蚓的消化系统，完成硅碳复合材料前驱体的造粒过程，高温碳化后得到多孔的硅碳复合材料；本方法首先利用鸡胗的混合作用，得到硅和有机碳初步混合的鸡粪；然后将鸡粪喂养蚯蚓，利用蚯蚓粪的特征得到多孔的硅和碳的复合材料前驱体，最后通过高温焙烧得到硅碳复合材料。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本方法采用纯生物法，有效结合了鸡和蚯蚓的消化过程，通过两步法制备碳硅复合材料前驱体。本专利技术得到多孔碳硅复合材料，制备方法简、高效、易于控制、在除去鸡粪臭味的基础上避免了环境污染，实现了鸡粪的二次利用。而且能有效解决鸡粪环境污染问题，对鸡粪进行具有高附加值的二次利用。附图说明图1为实施例1的碳/硅氧复合材料的XRD图。图2为实施例2的碳/硅氧复合材料的SEM图。图3为实施例3的碳/硅复合材料的SEM图。图4为实施例4的碳/碳化硅复合材料的SEM图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域内普通技术人员在原有基础上的改进，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)将鸡饲料原料与含硅材料混合造粒，制成含硅鸡饲料；所述的鸡饲料原料包括蛋白质原料或者碳水化合物的任意一种或者两种以任意比例混合的饲料；所述的蛋白质原料包括大豆、豆饼、豆秙粉、玉米粉、高粱粉中的任意一种或者两种以上以任意比例混合的饲料；所述的碳水化合物包括大豆、豆饼、豆秙粉、玉米粉、高粱粉中的任意一种或者两种以上以任意比例混合的饲料；所述的含硅材料包括单质硅、含硅氧的材料或者含碳化硅的材料中的一种或者两种以上以任意比例混合的材料；在造粒的过程中，将鸡饲料原料和含硅材料分别通过粉碎机粉碎至5～30微米级别的颗粒，然后将鸡饲料原料、含硅材料通过搅拌混料机充分混匀，最后通过食品造粒机造粒，得到含硅鸡饲料，含硅鸡饲料组成的硅碳比是根据碳硅复合材料的容量确定的，碳/单质硅复合材料的容量计算公式为：Q＝4200*x+372*(1‑x)，碳/氧化硅复合材料的容量计算公式为：Q＝1970*x+372*(1‑x)，碳/碳化硅复合材料的容量计算公式为Q＝869*x+372*(1‑x)；其中X是指设计材料中含硅材料组分质量分数(0<x<1)，Q是指设计硅碳复合材料的克容量，单位mAh；2)用含硅鸡饲料喂养鸡，含硅鸡饲料在鸡胗内消化的过程中形成有机碳源化合物包覆含硅材料的前驱体混合物，然后以鸡粪的形式排出，收集含硅鸡粪；含硅鸡粪的收集方法是第二天在喂养鸡群之前，将第一天喂养鸡群后产生的鸡粪清理干净；然后第三天在喂养集群之前，将第二天喂养鸡群后产生的鸡粪收集；如此往复，直至收集充足的用于试验的鸡粪；3)采用含硅鸡粪堆床发酵；将含硅鸡粪边洒水边疏松，直至混合粪有水渗出，将其堆成圆锥状，然后静置5～10天时间，通过发酵消除鸡粪原有的臭味，控制pH在6.5～7.5间，使之成为适合喂养蚯蚓的原料；4)在发酵后鸡粪的堆床中投入蚯蚓种苗，收集筛分蚯蚓粪，然后进行干燥和均质化处理；在投入蚯蚓种苗和收集筛分蚯蚓粪的过程中，将发酵后的含硅鸡粪转移至喂养箱中，铺成15～25厘米厚的蚯蚓床，每平方米面积的蚯蚓床投入种蚓1万至2万条，控制喂养室温度在20～27度，相对湿度65～80％，蚯蚓粪筛分工艺为先使用4～6mm孔径的筛子筛分蚯蚓粪，除去杂屑；然后使用2～4mm的筛子筛分，将蚯蚓粪和蚯蚓卵茧分开；在将蚯蚓粪干燥的过程中，将每次收集的蚯蚓粪放入真空烘箱后，抽真空并将抽取的气体通入水中；随后，在真空状态下升温至80～120℃烘干1～2h；再次，抽取真空烘箱中的气体并通入水中；然后，通入氮气直至真空烘箱达到非真空状态；最后，继续通氮气5～10min，并将此过程中排出的气体通入水中；将真空烘干后收集的碳硅复合材料的前驱体放入铝塑膜中通过真空封口机封口，备用；在将蚯蚓粪均质化的过程中，将烘干后的硅碳复合材料前驱体放入粉碎机中，粉碎至5～30微米级别的颗粒，分级筛分后即可得到均质化的硅碳复合材料前驱体；5)将均质化后的蚯蚓粪在惰性气氛下进行高温碳化处理；在碳化处理的过程中，将碳硅复合材料前驱体放入马弗炉中，并在惰性气氛下以2～10℃/min的升温速率升温至600～800℃，恒温2～6h，然后在惰性气氛下自然冷却至室温，即可得到多孔致密的硅碳复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)将鸡饲料原料与含硅材料混合造粒，制成含硅鸡饲料；所述的鸡饲料原料包括蛋白质原料或者碳水化合物的任意一种或者两种以任意比例混合的饲料；所述的蛋白质原料包括大豆、豆饼、豆秙粉、玉米粉、高粱粉中的任意一种或者两种以上以任意比例混合的饲料；所述的碳水化合物包括大豆、豆饼、豆秙粉、玉米粉、高粱粉中的任意一种或者两种以上以任意比例混合的饲料；所述的含硅材料包括单质硅、含硅氧的材料或者含碳化硅的材料中的一种或者两种以上以任意比例混合的材料；在造粒的过程中，将鸡饲料原料和含硅材料分别通过粉碎机粉碎至5～30微米级别的颗粒，然后将鸡饲料原料、含硅材料通过搅拌混料机充分混匀，最后通过食品造粒机造粒，得到含硅鸡饲料，含硅鸡饲料组成的硅碳比是根据碳硅复合材料的容量确定的，碳/单质硅复合材料的容量计算公式为：Q＝4200*x+372*(1-x)，碳/氧化硅复合材料的容量计算公式为：Q＝1970*x+372*(1-x)，碳/碳化硅复合材料的容量计算公式为Q＝869*x+372*(1-x)；其中X是指设计材料中含硅材料组分质量分数(0&lt;x&lt;1)，Q是指设计硅碳复合材料的克容量，单位mAh；2)用含硅鸡饲料喂养鸡，含硅鸡饲料在鸡胗内消化的过程中形成有机碳源化合物包覆含硅材料的前驱体混合物，然后以鸡粪的形式排出，收集含硅鸡粪；含硅鸡粪的收集方法是第二天在喂养鸡群之前，将第一天喂养鸡群后产生的鸡粪清理干净；然后第三天在喂养集群之前，将第二天喂养鸡群后产生的鸡粪收集；如此往复，直至收集充足的用于试验的鸡粪；3)采用含硅鸡粪堆床发酵；将含硅鸡粪边洒水边疏松，直至混合粪有水渗出，将其堆成圆锥状，然后静置5～10天时间，通过发酵消除鸡粪原有的臭味，控制pH在6.5～7.5间，使之成为适合喂养蚯蚓的原料；4)在发酵后鸡粪的堆床中投入蚯蚓种苗，收集筛分蚯蚓粪，然后进行干燥和均质化处理；在投入蚯蚓种苗和收集筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：张绍乙，张绍凡，闵凡奇，张道明，党国举，张全生，
申请(专利权)人：张绍乙，
类型：发明
国别省市：上海,31