一种生物质闭环生产白炭黑的方法技术

本发明专利技术是关于一种生物质闭环生产白炭黑的方法，包括以下步骤：燃烧发电：生物质废弃物在电厂燃烧发电后，收集残留物灰分；制备水玻璃溶液：将灰分与碱溶液混合反应后进行过滤，得到水玻璃溶液和第二滤渣；制备白炭黑：取所述水玻璃溶液，通入二氧化碳气体进行沉淀反应，反应完成后将沉淀体系静置陈化，再进行过滤，过滤后得到沉淀物和废液，所述沉淀物洗剂后干燥，得到白炭黑成品。通过采用本发明专利技术的生物质闭环生产白炭黑的方法，可以形成生产闭环，不仅大大降低了能源消耗和碳排放，而且有利于环境的保护和双碳目标的达成。利于环境的保护和双碳目标的达成。利于环境的保护和双碳目标的达成。

【技术实现步骤摘要】
一种生物质闭环生产白炭黑的方法


[0001]本专利技术涉及化合物的生产方法，尤其涉及一种生物质闭环生产白炭黑的方法。

技术介绍

[0002]二氧化硅，分子式为SiO2，又名白炭黑，在自然界和各种植物中最常见。白炭黑的形态分为晶态和无定形态，其中，无定形态又分为：天然的白炭黑和合成的白炭黑。天然的白炭黑主要是硅藻土，合成的白炭黑采用的合成方法是气相法、沉淀法或凝胶。工业上主要使用合成的白炭黑。白炭黑是一种重要的化工原料，由于其具有补强性、分散性等多种性能，应用非常广泛：沉淀法白炭黑作为橡胶补强原料，主要用于鞋类、轮胎和其他浅色橡胶制品中，在医药中用作载体，在农药、饲料等行业中用做载体或流动剂，在牙膏中用作膏体的摩擦剂、增稠剂和填料，在涂料行业用作分散剂和消光剂，在食品行业上用作稳定剂，在造纸行业可作特种纸张的填料和增强剂等。
[0003]传统的二氧化硅的制备方法主要使用石英砂作为原料，通过高温冶融，溶解，沉淀，干燥等步骤制得。传统方法的原料石英砂属于不可再生的资源，并且沙子的开采非常不环保。冶融步骤需要高温煅烧，非常耗能，并且产生大量的二氧化碳废气。废水中含有硫酸钠，没有更好的处理方法，通常只能排到海里，再次对环境造成威胁。
[0004]鉴于以上传统生产方法的弊端，以及全球环保，减碳意识的逐步提升，许多公司开始探索生物质环保型白炭黑。印度IISc的WO04073600A2选用稻壳灰作为原料，在沉淀步骤选用二氧化碳(CO2)沉淀，并且加入了再生步骤：在碳酸钠废水中加入氢氧化钙，得到碳酸钙沉淀和氢氧化钠，然后过滤碳酸钙沉淀，并将其加热，得到氧化钙和二氧化碳。然而使用二氧化碳沉淀的速率较慢，且再生步骤需要对碳酸钙加热，消耗能量。也有相关专利报道了使用稻壳灰生产白炭黑，在沉淀步骤采用硫酸沉淀以提高反应速率，但是副产物硫酸钠溶液不能再生，需要处理后排放，造成环境污染。也有使用稻壳灰生产白炭黑，在沉淀步骤采用硫酸沉淀以提高反应速率，但是副产物硫酸钠溶液不能再生，需要处理后排放，造成环境污染。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于，提供一种降低能源消耗和碳排放，且有利于环境保护的生物质闭环生产白炭黑的方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种生物质闭环生产白炭黑的方法，包括以下步骤：
[0008]燃烧发电：
[0009]生物质废弃物在电厂燃烧发电后，收集残留物灰分；
[0010]制备水玻璃溶液：
[0011]将灰分与碱溶液混合反应后进行过滤，得到水玻璃溶液和第二滤渣；
[0012]制备白炭黑：
[0013]取所述水玻璃溶液，通入二氧化碳气体进行沉淀反应，反应完成后将沉淀体系静置陈化，再进行过滤，过滤后得到沉淀物和废液，所述沉淀物洗剂后干燥，得到白炭黑成品。
[0014]进一步地，在制备水玻璃溶液之前还包括，前处理：
[0015]将灰分除杂、过筛及第一次水洗；将第一次水洗后的灰分在一定温度和pH为酸性的条件下浸泡，然后水洗，直至洗出液为中性为止，过滤洗出液，得到第一滤渣。
[0016]进一步地，还包括，废液的再生：
[0017]将上述含碳酸氢钠的废液进行电解反应，得到氢氧化钠溶液和二氧化碳、氢气、氧气。
[0018]所述生物质废弃物为稻壳、秸秆和甘蔗渣中的至少一种，所述灰分中包含二氧化硅和炭；
[0019]所述前处理中，使用磁选除杂后还包括用粉碎机粉碎，灰分过20
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200目筛，第一次水洗的温度为40
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80℃，第一次水洗的时间为10
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60分钟；浸泡温度为40
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80℃，浸泡时间为0.5
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4小时；使用强酸调节浸泡溶液pH<4。
[0020]所述第一滤渣和碱液的比例为100g:0.3
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2L，所述碱液浓度0.5
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5mol/L，所述第一滤渣与碱溶液混合反应的时间为1
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5小时。
[0021]所述制备白炭黑中，二氧化碳的体积百分比浓度为10
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100％，通入气压为0.05
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0.30MPa，陈化时间为0.5
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3小时，陈化后用强酸调整pH值为为6.5
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7.5，所述过滤选用链带过滤机或板式隔膜压滤机，所述干燥选用喷雾干燥或者旋转干燥；所述干燥进气温度为160
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200℃，出风口温度为70
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90℃。
[0022]所述前处理中，所述浸泡温度为60
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80℃，浸泡时间为1
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4小时，用强酸调节浸泡溶液pH为1
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3；所述强酸为盐酸或硫酸；所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾。
[0023]所述废液的再生中，阳极选用钛电极，阴极选用氧化钴涂覆钛电极，并使用阳离子隔膜分隔阴阳极，对碳酸氢钠废液进行电解，所述电解的电流为0.2
–
2安培。
[0024]所述第一滤渣与碱溶液混合，在搅拌下加热至沸腾，并保持1
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5小时；然后过滤，得到水玻璃溶液和第二滤渣；
[0025]所述废液的再生中，电解过程阴极获得的氢氧化钠溶液用于和第一滤渣混合反应，氢气作为燃料，阳极产生的二氧化碳用于通入水玻璃溶液进行沉淀反应；
[0026]所述燃烧发电中生物质废弃物烧然发电过程产生的热量和电能用于后续的加热和电解；
[0027]所述步骤制备水玻璃溶液中，第二滤渣为活性炭，干燥后作为副产品或者助燃剂，重新加入到燃烧发电步骤。
[0028]本专利技术具有以下优点：
[0029]本专利技术所用的原料为稻壳、秸秆、甘蔗渣等生物质废料，来源广泛，价格低廉，并且能以最简捷﹑最经济实惠的方式处理生物质灰分。处理﹑转化灰分是生物质废弃物资源的高附加值利用，有利于周边的环境和环保。
[0030]本专利技术所用的热能和电能来自于生物质燃烧发电，该过程除了二氧化碳气体外，几乎没有有害气体产生。生物质燃烧后的残余物灰分二氧化硅含量很高，可以作为生产白炭黑的原料。并且，发电后产生的热能可以用于后续生物质灰分的溶解步骤，发电产生的二氧化碳气体可以用于水玻璃的沉淀步骤。
[0031]本专利技术的过滤步骤采用先进的板式隔膜压滤机，洗涤用水比传统板框压滤机设备每公斤产品节约用水30公斤左右。并且，过滤后的滤渣为炭，可以作为助燃剂混入生物质中，提高生物质的燃料效率和发热量。
[0032]本专利技术的再生步骤，采用阳离子隔膜分隔阴阳极，对碳酸氢钠溶液进行电解。电解需要的电能来自于生物质燃烧的发电，电解的产物可以循环重复使用，即，阴极产生的氢氧化钠溶液可以用于灰分溶解步骤，氢气可以作为燃料，阳极的产物二氧化碳和氧气可以用于水玻璃沉淀步骤。
[0033]通过采用本专利技术的技术方案，可以形成生产闭环，不仅大大降低了能源消耗和碳排放，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质闭环生产白炭黑的方法，其特征在于，包括以下步骤：燃烧发电：生物质废弃物在电厂燃烧发电后，收集残留物灰分；制备水玻璃溶液：将灰分与碱溶液混合反应后进行过滤，得到水玻璃溶液和第二滤渣；制备白炭黑：取所述水玻璃溶液，通入二氧化碳气体进行沉淀反应，反应完成后将沉淀体系静置陈化，再进行过滤，过滤后得到沉淀物和废液，所述沉淀物洗剂后干燥，得到白炭黑成品。2.根据权利要求1所述的一种生物质闭环生产白炭黑的方法，其特征在于，在制备水玻璃溶液之前还包括，前处理：将灰分除杂、过筛及第一次水洗；将第一次水洗后的灰分在一定温度和pH为酸性的条件下浸泡，然后水洗，直至洗出液为中性为止，过滤洗出液，得到第一滤渣。3.根据权利要求2所述的一种生物质闭环生产白炭黑的方法，其特征在于，还包括，废液的再生：将上述含碳酸氢钠的废液进行电解反应，得到氢氧化钠溶液和二氧化碳、氢气、氧气。4.根据权利要求3所述的一种生物质闭环生产白炭黑的方法，其特征在于，所述生物质废弃物为稻壳、秸秆和甘蔗渣中的至少一种，所述灰分中包含二氧化硅和炭；所述前处理中，使用磁选除杂后还包括用粉碎机粉碎，灰分过20
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200目筛，第一次水洗的温度为40
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80℃，第一次水洗的时间为10
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60分钟；浸泡温度为40
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80℃，浸泡时间为0.5
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4小时；使用强酸调节浸泡溶液pH<4。5.根据权利要求4所述的一种生物质闭环生产白炭黑的方法，其特征在于，所述第一滤渣和碱液的比例为100g:0.3
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2L，所述碱液浓度0.5
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5mol/L，所述第一滤渣与碱溶液混合反应的时间为1
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5小时。6.根据权利要求5所述的一种生物质闭环生产白炭黑的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛天翔，
申请(专利权)人：薛天翔，
类型：发明
国别省市：