23332字硕士毕业论文稻壳灰资源化利用的研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：23332字

论点：稻壳,制备,利用

论文概述：

本论文针对国内稻壳生物质能利用问题这一问题，提出了二种方法，三条不同的路线同步利用稻壳灰中的碳源和硅源，并对得到的产品进行应用研究，从而实现稻壳灰资源化的综合利用。

论文正文：

介绍

 1.1 稻壳灰的利用1.1.1 稻壳灰的形貌将稻壳灰置于扫描电镜下观察可以发现,由于外界条件的作用,稻壳灰在部分保持稻壳形态不变的基础上,另一部分发生破碎,当把其表面放大观察将会发现,稻壳灰的表面结构非常致密,这充分的说明了,稻壳外表面有一层由致密的二氧化硅组成的保护膜[1-2] 由于二氧化硅保护膜的作用,使得稻壳结构经过燃烧 热解等工序后并未被严重的破坏,燃烧后也不会产生孔隙结构,二氧化硅完好的保留在稻壳灰的沟壑和凸起的结构中, 显示的是稻壳灰的断面和内部形貌,从图中可以清晰的看到,稻壳灰内外表面之间被一个纵横交错的夹层相隔,该夹层的板片上含有大量的孔洞,呈现出疏松的蜂窝状 这些孔洞(也称之为蜂窝孔)的内径大约为几个微米,与之前的报道相似,在扫面电镜的观察下很容易被发现[3-7] 进一步对板片的断面进行观察,发现构成蜂窝孔的薄片和薄板并非致密的 另外,在稻壳灰的结构中应该还含有大量纳米尺度的孔隙,这些孔隙是由 Si 凝胶离子非紧密粘聚而成的, 这两种孔洞的双重作用,使得稻壳灰具有巨大的比表面积(50-100m2/g)和超高的活性. 
 1.1.2 稻壳灰的来源稻壳灰主要来源于稻壳的燃烧和热解 据统计中国目前的大米年产量已经超过了一亿八千万吨,约占全球年总产量的三分之一，居世界首位 在稻米加工的过程中会有大量的稻壳产生,每吨稻谷能产生约 200kg 的稻壳 这些稻壳由于其自然堆积密度小(约 120Kg/m3),给运输带来了极大的不便 而另一方面,大部分的稻米加工企业并没有一个合理有效的工艺对稻壳进行利用,于是很多稻壳被当做农业废弃物遭到了丢弃[8-10] 随着我国稻谷加工技术的发展,稻米加工企业逐渐增多,企业的规模也逐渐增大,使得日加工稻米量逐渐增多,这些工厂每天不得不处理至少20-80吨的稻壳 日积月累稻壳存积过多,如遇风雨会对周围的环境造成一定程度的污染, 如何处理这些稻壳已成为加工企业必须解决的问题.随着稻壳利用技术的发展和节能环保意识的进步,稻壳开始被国内一些粮食加工企业加以利用 通常的做法是,将稻壳作为一种生物质燃料,将其燃烧或热解为发电或生产蒸谷米提供能量[11-13] 表面上看稻壳对环境的污染问题得到了解决,稻壳中的一些资源也得到了利用,但是稻壳发电同样存在另一种资源浪费和环境污染的问题既残渣稻壳灰。[14] 
 1.1.3 稻壳灰的应用稻壳灰主要是由二氧化硅和碳组成的,还有一少部分的金属及灰分 根据产生途径的不同,其含量也不同 一般燃烧得到的稻壳灰中硅的含量相对较高,而热解得到的稻壳灰中硅的含量相对较低,不同的稻壳灰中金属及灰分的含量几乎没有差别 由于稻壳灰中硅的氧化物占主要地位,因此目前对于稻壳灰的研究基本都是集中在利用稻壳灰中硅的研究上,还有一部分是制备活性炭及利用稻壳灰直接作为吸附剂处理环境污染问题 在燃烧过程中稻壳里大量的碳元素被烧毁,剩下的主要成分为二氧化硅 而二氧化硅是目前工业上所使用的一种很重要的填加材料,其添加到高分子聚合物中时可以改善聚合物的性能 因此人们将稻壳灰添加到高分子聚合物中作为替代资源加以利用,期望变废为宝,减少污染,避免资源的浪费 随着新建稻壳建材的出现,人们经常利用稻壳灰制备轻混凝土、水泥、水泥混凝土、稻壳防水涂料 稻壳绝热耐火砖等建材产品[15-51] 而添加优质稻壳灰的混凝土由于与金属有较强的粘接能力,可以用钢丝网或钢筋作骨架。近几年来,将稻壳灰添加到各种橡胶和热塑性弹性体中的研究也不断的深入,得到的橡胶产品性能明显的有所改善，还有一些人利用稻壳灰中的孔洞结构和填充于其中的无定形碳,将稻壳灰直接用作吸附剂去吸附有害物质[52-63] 这些填充于骨架中间蜂窝内的无定形碳具有很强的吸附能力,其吸附能力要比单一结构的硅酸盐强很多，研究表明,稻壳中大部分的二氧化硅都是以网络状结构分布的,稻壳经燃烧后使得这些二氧化硅网络暴露,这使得稻壳灰成为了一种十分理想的吸附剂，不同工艺制备的稻壳灰用途又不同,例如碱性制品用于脱酸;酸性制品用于脱色 随着研究的不断深入,国内外对用稻壳灰做吸附剂做了一定的研究,如将酸化的稻壳灰用于油脂脱色;吸附废水中的金属离子(Cr Hg Pb Cd Zn)或吸附燃料及一些有害气体等 除了以上主要的应用之外,稻壳灰也经常被用来制备碳化硅,硅肥等材料 一些情况下,一些工艺也会将稻壳灰提硅后,联产活性炭 通常采用的方法是稻壳灰先经酸洗去除稻壳灰中的金属,然后再用碱液脱除稻壳灰中的硅,提硅碱液经碳化或是酸沉淀制备二氧化硅,而残渣用不同的活化剂根据需要在高温下活化得到不同规格的活性炭产品[64-74] 随着人们环保意识的进步,对于工业废弃物农业废弃物利用的研究也逐渐增多,对于稻壳灰的利用在未来也将会变得更加广泛. 第二章 碳酸钠同步法活化稻壳灰制备活性炭和二氧化硅.............292.1 引言.............292.2 实验部分................302.3 结果与讨论................352.4 同步法 Na2CO3活化制备活性炭的机理探讨.............482.5 本章小结...............49第三章 从农业废弃物中制备的活性炭对苯酚吸附的比较研究..............533.1 引言..............533.2 实验部分...............543.3 结果和讨论...............57第四章 碳酸钾同步法活化稻壳灰制备活性炭和二氧化硅...................................734.1 引言..........734.2 实验部分............754.3 结果和讨论..........79 结论如何利用稻壳灰则成了目前国内稻壳生物质能利用问题上亟待解决的问题。本论文针对这一问题，提出了二种方法，三条不同的路线同步利用稻壳灰中的碳源和硅源，并对得到的产品进行应用研究，从而实现稻壳灰资源化的综合利用。第一条路线，以稻壳灰为原料，固体碳酸钠为活化剂，同步溶硅活化制备活性炭和二氧化硅。在以前的工作中，利用稻壳灰中的碳源和硅源多是先对稻壳灰进行提硅，然后活化碳残渣联产活性炭。而本方法最大的特色就是活化溶硅一步完成，简化了实验工序。同时实验过程中得到的废气经过富集回收可以应用于制备二氧化硅的碳化阶段。而碳化阶段所产生的废液经过蒸发结晶又可以得到活化剂回用到高温活化阶段，活化剂的回收利用也是该种方法的另一大特色。 参考文献[1] KOUASSI S S, TOGNONVI M T, SORO J, et al. Consolidation mechanism ofmaterials obtained from sodium silicate solution and silica-based aggregates [J].Journal of Non-Crystalline Solids, 2011, 357(15): 3013-3021. HALASZ I, AGARWAL M, LI R B, et al. What can vibrational spectroscopy tellabout the structure of dissolved sodium silicates [J]. Microporous andMesoporous Materials, 2010, 135(1-3): 74-81. NORDSTROM J, NILSSON E, JARVOL P, et al. Concentration- andpH-dependence of highly alkaline sodium silicate solutions [J]. Journal ofColloid and Interface Science, 2011, 356(1): 37-45. FUJIWARA M, SHIOKAWA K, ARAKI M, et al. Preparation of silica thin filmswith macropore holes from sodium silicate and polymethacrylate: An approachto formation mechanism of diatomaceous earth like silica hollow particles [J].Chemical Engineering Journal, 2011, 172(2-3): 1103-1110. TOGNONVI M T, MASSIOT D, LECOMTE A, et al. Identification of solvatedspecies present in concentrated and dilute sodium silicate solutions by combinedSi-29 NMR and SAXS studies [J]. Journal of Colloid and Interface Science,2010, 352(2): 309-315. DELLA V P, KUHN I, HOTZA D. Rice husk ash as an alternate source for activesilica production [J]. Materials Letters, 2002, 57(4): 818-821. WITOON T, CHAREONPANICH M, LIMTRAKUL J. Synthesis of bimodalporous silica from rice husk ash via sol-gel process using chitosan as template [J].Materials Letters, 2008, 62(10-11): 1476-1479. AHMED A E, ADAM F. The benzylation of benzene using http://sblunwen.com/zykflylw/ aluminium, galliumand iron incorporated silica from rice husk ash [J]. Microporous and MesoporousMaterials, 2009, 118(1-3): 35-43. HUANG S, JING S, WANG J F, et al. Silica white obtained from rice husk in afluidized bed [J]. Powder Technology, 2001, 117(3): 232-238. KALAPATHY U, PROCTOR A, SHULTZ J. A simple method for production ofpure silica from rice hull ash [J]. Bioresource Technology, 2000, 73(3): 257-262.