[發明專利]一種天然納米二氧化硅制備及稻殼綜合利用的方法

有效

• 申請號: 202010003530.7
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111115640B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 王曉峰;朱燕超;楊曉敏;田玉美;王子忱
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;B82Y40/00;C08H8/00;C08H7/00;C08G8/08;C09J161/06;C08L7/02;C08K9/06;C08K9/02;C08K3/36;C08K3/04;C07H1/08;C07H3/02;C09C1/48
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

1.一種天然納米二氧化硅制備及稻殼綜合利用的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、預處理：

將稻殼粉碎至15mm～25mm，過篩分離粉塵雜質，得到稻殼粉；按固液比1：8將稻殼粉和濃度為0.5wt%硫酸加入到水解釜中，通入直接蒸汽升溫至120℃，恒溫預處理60min，釜底過濾排水，將保留在水解釜中的預處理稻殼粉用鍋爐蒸汽快速加壓到0.40MPa～1.0MPa，氣爆排出，閃蒸干燥，制備含水量為10wt%～15wt%的氣爆稻殼粉；

步驟二、濃酸水解：

①按照濃度為98wt%的濃硫酸與氣爆稻殼粉的投料質量比為（1～3）：1，根據氣爆稻殼粉的含水量，調整水解體系酸濃度為72wt%～80wt%、水解溫度為25℃～60℃，分批加入硫酸和氣爆稻殼粉，水解5min～20min，制備濃酸水解液；

②按照體積比為（2～5）：1，將無水乙醇加入到①中制備的濃酸水解液，攪拌30min～60min，溶解硫酸，析出固相，過濾，分離醇酸溶液相，將所得固相用等體積的無水乙醇浸漬、抽濾3次，提取殘存的酸，凈化固相；

③將②中醇酸溶液經減壓蒸餾分離酸和醇，分別返回①和②中循環利用；

④按照固液比1：（3～5），將去離子水加入到②中的凈化固相中，調整體系硫酸濃度為0.5wt%～1.5wt%，升高溫度為100℃，水解60min～120min，降溫，過濾出混合糖溶液，分離固相木質素和二氧化硅；固相木質素和二氧化硅用等重量的去離子水浸漬、抽濾2次，回收殘存的糖，與混合糖溶液混合；

步驟三、熱解木質素制備酚醛樹脂：

將步驟二④中分離出的固相木質素和二氧化硅,干燥，加入到熱解爐中，升溫至500℃～600℃，熱解60min，熱解氣冷凝收集生物質酚和醛制備酚醛樹脂膠黏劑；熱解產物降溫為25℃～50℃，制備出二氧化硅/炭復合物，轉移到粉碎機中；

步驟四、粉碎制備二氧化硅/炭粉體：

將步驟三制備的二氧化硅/炭復合物，轉移至碾壓揉搓粉碎機中，在壓力為0.5MPa～15.0MPa的條件下，反復碾壓揉搓5min～30min，經碾壓揉搓機的環輥擠出的粉體風送至分級機中，分級出粒徑小于1μm的納米二氧化硅/炭粉體，粒徑大于1μm的二氧化硅/炭粉體返回碾壓揉搓機中再次粉碎，制備炭和二氧化硅質量比為38：62的二氧化硅/炭粉體；

步驟五、熱化學復合及改性：

①按照酚醛樹脂膠黏劑的固含量為二氧化硅/炭粉體的2wt%～3wt%，將步驟四制備的二氧化硅/炭粉體與酚醛樹脂膠黏劑加入到高速攪拌機中，調整攪拌速度為50rpm～1700rpm，高攪分散30min，制備懸浮液，再使用乳膠分散機攪拌分散5min～15min，出料過濾，150℃脫水干燥120min，再升溫至350℃～450℃熱處理30min，降溫出料，制備納米二氧化硅/炭黑；

②將氧氣通過臭氧發生器產生臭氧，與空氣壓縮機產生的空氣混合后經干燥器干燥和流量計計量后通入裝有①中制備的納米二氧化硅/炭黑的沸騰床反應器，在溫度為30℃的條件下反應5min～20min，制備臭氧氧化的氧化改性納米二氧化硅/炭黑粉體；

③按照質量比為（1～3）：98的比例，將硅烷偶聯劑及②中氧化改性納米二氧化硅/炭黑粉體加入到高攪鍋中高攪活化，控制體系溫度為100℃，活化反應10min～30min，制備活化改性納米粉體；

④將步驟③中活化改性納米粉體加入到濕法造粒機中，按照乳膠和活化改性納米粉體的干基質量比為（5～10）：95的比例，噴加濃度為10wt%～15wt%天然乳膠溶液，再噴入甲酸中和，造粒，聚合，干燥，制備納米二氧化硅/炭黑/乳膠顆粒，包裝入庫；

步驟六、制備納米二氧化硅粉體：

將步驟四制備的二氧化硅/炭粉體加入到回轉爐中，加熱到600℃～800℃，在有氧氣氛中熱處理60min～120min，制備白色納米二氧化硅，轉移至碾壓揉搓粉碎機中，在0.5MPa～15.0MPa的壓力下，反復碾壓揉搓5min～30min制備納米二氧化硅顆粒。