一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法及制品和应用技术

本发明专利技术涉及生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法及制品和应用，本方法先对稻壳进行热解、定向粉碎，控制其结构硅碳的比例，及纳尺度形貌和微尺度粒径。所制制品在橡胶领域具有更好的耐磨性、抗老化性，同时具有抑制和阻止颜色迁移现象发生，硫化制品不喷霜；在复合材料、改性合金材料、汽车内饰专用改性料中，除具有耐磨性和抗老化性外，同时具有较高的硬度及抗冲击性，其真实密度小于传统材料，可实现汽车应用领域的轻量化标准。本材料是稻壳热解后的稻壳炭为原料，充分利用生物质热解所产生的废料，同时生产的硅炭黑具有无毒无害、无异臭味、无刺激性气味的特性，并通过欧盟REA CH规所列的VHC、ROHS六项有害物质含量的检测。ROHS六项有害物质含量的检测。ROHS六项有害物质含量的检测。

A preparation method, product and application of microstructure carbon material based on biomass rice hull substrate

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法及制品和应用


[0001]本专利技术属于生物质能源化工
，具体涉及一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法及制品。

技术介绍

[0002]炭黑是烃类物质经不完全燃烧或裂解生成的产物。炭黑用途广泛，除用于橡胶制品补强外，还可用于其它材料，如涂料、油漆、油墨、墨粉、电子产品、塑料、纤维、电池等领域，赋予制品所需的着色、抗紫外老化、抗静电或导电性能。我国作为农业大国，每年会有非常多的稻壳被用于热力发电等行业，所产生的稻壳炭随之被丢弃或被利用于保温行业，稻壳炭由于质量轻在暴露的环境下极易产生扬尘，给环境造成了极大的影响。
[0003]稻壳的化学组成因稻谷品种、地区、气候等因素的不同而不同，但主要成分为纤维素、半纤维素、木质素、灰分，其干基含量分别约为38％、24％、20 ％、20％，粗蛋白、脂类物含量均较低，分别约占2.5％、1％。稻壳中C、H、 O、N、S的干基含量分别约为40.7％、5.4％、0.5％、38.2％、0.15％，由此可见，稻壳所含的主要元素为C、O。稻壳中水分、灰分(主要为二氧化硅)、挥发份、固定碳分别约为4.7％、19.8％、65.3％、20.2％。其灰分高于玉米杆、棉花杆、杨树叶、杨木等绝大多数生物质，原因在于稻壳富含二氧化硅。
[0004]如能以稻壳为原料生产稻壳基硅炭黑，进而合成特定领域所需的纳微结构硅炭复合材料，这是一种新的尝试，不仅可提高稻壳炭在化工行业的利用率，也能减小稻壳炭排放对环境的影响，还能将所制稻壳基硅炭黑迅速的在各领域进行推广应用，必将具有广阔的应用前景和潜在的市场价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就在于提供一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法，还提供了一种纳微结构硅炭复合材料制品以及在橡胶领域的应用，以解决获取完整稻壳形态的含硅纳微结构炭材料在应用于各领域的高性能改性、复合材料的问题。此方法制得的生物质稻壳基纳微结构炭材料不但提高了稻壳炭在化工行业的利用率，而且减小了稻壳炭排放对环境的影响。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]A、制备稻壳基纳微结构炭材料
[0009]A1、将筛分净化后的稻壳经上料装置加入至可控的热解装置中进行选择性热解，去除焦油和杂质，热解温度控制在580℃～650℃；
[0010]A2、控制热解设备进风量及排料时间和排料料位，从而达到控制热解时间的目的；
[0011]A3、将热解后的稻壳炭经负压风送系统输送至专用的粉碎装置处进行定向粉碎，并通过分级装置控制粒度级别，得到粒径为5μm～58μm的稻壳炭粉体；
[0012]A4、得到的经粉碎筛选后的稻壳炭粉体即为稻壳基纳微结构炭材料；
[0013]B、高性能改性材料的制备
[0014]B1、将步骤A4制得的稻壳基纳微结构炭材料加入捏合设备进行高速搅拌并加温，稻壳基纳微结构炭材料的添加质量比为20～70％；
[0015]B2、当物料温度达到70～105℃时加入处理剂，高速均匀混炼，进行表面修饰或改性；
[0016]B3、将混炼好的物料进行包装或加入树脂类材料进行造粒。
[0017]B4、将B3混炼好的物料加入30～80％质量份的树脂，经造粒装置进行造粒，制得纳微结构复合材料，最后进行包装。
[0018]进一步地，步骤A1中，稻壳经过筛分、旋风除尘进行净化，去除其桔梗和灰尘等杂质，经斗提上料装置加入到热解装置中进行热解。
[0019]进一步地，步骤A2中，稻壳热解时间控制为每层稻壳原料以进料至出料时间间隔为1.5小时为最佳，其中炭硅含量比例在1：0.9～1：1.1之间。
[0020]进一步地，步骤B1中，所述处理剂采用硅烷偶联剂、促进剂、稳定剂、硫化剂、氧化锌、硬质酸、防老剂、润滑剂中的一种或几种。
[0021]进一步地，步骤B2中，混炼温度为70～105℃，混炼时间在10～30min之间，转速在30～1000r/min。
[0022]一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制品，其特征在于：由上述纳微结构炭材料及硅炭复合材料的制备方法制得。
[0023]上述基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制品的应用，其特征在于：用于合成橡胶，具体包括以下步骤：将步骤A4制得的稻壳基纳微结构炭材料加入高搅锅进行高速搅拌并加温，稻壳基纳微结构炭材料的添加质量比为50～98％；当物料温度达到70～90℃时加入处理剂，高速均匀混炼，进行表面修饰活化；将混炼好的物料进行包装或造粒。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：利用本方法生产稻壳基纳微结构炭材料，无需额外的添加硅类物质，利用了稻壳炭中天然的炭和二氧化硅，达到了二氧化硅在炭黑中起到的作用和效果，并且实现了稻壳基纳微结构炭材料的工业量产化、规模化，使稻壳农业废弃资源在化工领域得到充分利用；所制备的稻壳基纳微结构炭材料45μm筛余物极低，可以全部通过325目筛网；采用本方法生产稻壳基纳微结构炭材料，生产工艺简单，可操作性强，可以迅速的推广应用。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0026]图1基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法的流程图；
[0027]图2稻壳600℃下热解炭化后微观图；
[0028]图3制得的稻壳基纳微结构炭材料；
[0029]图4利用稻壳基纳微结构炭材料制得的纳微结构复合材料；
[0030]图5a
‑
图5f分别为QCB用量对门尼粘度、正硫化时间、硬度、拉伸强度、扯断伸长率、压缩永久变形的影响示意图；
[0031]图6生物质稻壳基纳微结构炭材料热解原理图。
具体实施方式
[0032]下面结合具体实施案例对本专利技术作进一步的说明，本实施案例在以本专利技术技术为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于以下的实施例。
[0033]本专利技术提供了一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法及制品，先将稻壳进行筛选净化；通过输送装置输送到可控的热解装置中进行选择性热解；热解后产生的稻壳炭进行定向粉碎；即得到稻壳基纳微结构炭材料。本专利技术使稻壳经筛选净化、热解炭化后经过粉碎、分级筛选出合格粒径的粉体后制得稻壳基纳微结构炭材料，再经加入硅烷偶联剂或促进剂抗氧化剂等进行处理，结合树脂等材料形成纳微结构的硅炭复合材料、改性合金材料及汽车内饰专用材料等。
[0034]该方法包括以下步骤：
[0035]1、将筛分净化后的稻壳经滚筒筛、旋风除尘进行净化，去除其桔梗和灰尘等杂质，经斗提上料装置加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法及制品，其特征在于，包括以下步骤：A、制备稻壳基纳微结构炭材料A1、将筛分净化后的稻壳经上料装置加入至可控的热解装置中进行选择性热解，去除焦油和杂质，热解温度控制在580℃～650℃；A2、控制热解设备进风量及排料时间和排料料位，从而达到控制热解时间的目的；A3、将热解后的稻壳炭经负压风送系统输送至专用的粉碎装置处进行定向粉碎，并通过分级装置控制粒度级别，得到粒径为5μm～58μm的稻壳炭粉体；A4、得到的经粉碎筛选后的稻壳炭粉体即为稻壳基纳微结构炭材料；B、高性能改性材料的制备B1、将步骤A4制得的稻壳基纳微结构炭材料加入捏合设备进行加温、搅拌捏合，稻壳基纳微结构炭材料的添加质量比为20～70％；B2、当物料温度达到70～105℃时加入处理剂，高速均匀混炼，进行表面修饰或改性；B3、将混炼好的物料进行包装或加入树脂类材料进行造粒。B4、将B3混炼好的物料加入30～80％质量份的树脂，将混合物料经造粒装置进行造粒，包装。2.根据权利要求1所述的一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法，其特征在于：步骤A1中，稻壳经筛分、旋风除尘进行净化，去除其桔梗和灰尘等杂质，经斗提上料装置加入到热解装置中进行热解。3.根据权利要求1所述的一种基于生物质稻壳基纳微...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪坤，李洪洋，吴长镇，
申请(专利权)人：旗禾科技吉林有限责任公司，
类型：发明
国别省市：