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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流生物质资源的综合利用2.精品文档.摘要生物质是地球上资源非常丰富的天然资源，稻壳是生物质中的一种，并且产量巨大。为了充分利用秸秆资源，世界各国已经进行了几十年的努力，并取得一定的进展。其中利用稻壳发电，不仅解决了污染问题，而且开发了新能源。本文较详细的研究了稻壳灰中硅碳组分的分离，用碱蒸煮的方法将稻壳灰中的硅碳组分分离。对于碳组分，利用磷酸和氢氧化钠活化法制备高比表面积活性炭；对于硅组分也即水玻璃溶液，利用改良的化学沉淀法即二氧化碳微晶法，制备了纯度高，白度及分散性好的纳米白炭黑。通常，无定型二氧化硅转化为磷石英晶体都需要在870 -1470
2、C的温度下进行，而本文针对稻壳生产的无定型白炭黑，采用溶剂热法在低温液相情况下对白炭黑进行晶化处理，合成了磷石英晶体。关键词： 稻壳；生物质；活性炭；白炭黑；综合利用Abstract Biomass is very abundant natural resources on earth, rice husk is one of the biomass, and the great amount of production. In order to make full use of straw resources, countries in the world has been going on
3、 for decades of efforts, and achieved certain progress. With electricity generation by using rice husk, which not only solve the pollution problems, and develop the new energy. In this paper, a detailed study of the separation of the silicon carbide components in rice husk ash, rice with alkali cook
4、ing method to separate the silicon carbide components of rice husk ash. For carbon components, the use of phosphoric acid and sodium hydroxide live activation of of high specific surface area of carbon; For silicon components that sodium silicate solution, using the method of chemical precipitation
5、that microcrystalline carbon dioxide modified, the preparation of high purity, whiteness and good dispersion of nano silica. Usually, type amorphous silica into p quartz crystal needs to be at 870-1470 C temperature, husk and aiming at the production of the amorphous silica, using solvent hot method
6、 under the condition of low temperature liquid phase crystallization, white carbon black, phosphorus quartz crystal was synthesized. Key words： Rice husk；biomass；Activated carbon；White carbon black；Comprehensive utilization目 录中文摘要 1ABSRTACT 2第1章前言 51.1稻壳及稻壳灰的综合利用51.1.1稻壳及稻壳灰的产生及对环境的影响51.1.2稻壳及稻壳灰的特点
7、51.1.3稻壳及稻壳灰的应用61.1.4稻壳及稻壳灰综合利用的意义 111.2活性炭的制备及应用 111.2.1活性炭的结构 111.2.2原料及其选择 111.2.3制备方法 121.2.4活性炭的应用 131.3白炭黑的性质、制备方法及用途 141.3.1白炭黑的性质 141.3.2白炭黑的用途 151.3.3白炭黑的制备方法 161.3.4白炭黑的表面处理 18第2章稻壳灰制备活性炭的研究 202.1引言 202.2实验部分 202.2.1实验试剂及仪器 202.2.2实验过程 202.2.3样品表征 212.3实验结果与讨论212.3.1稻壳灰中硅炭分离效果的反应条件考察 212.3
8、.2磷酸活化法制备活性炭 232.3.3氢氧化钠活化法制备活性炭 26第3章稻壳灰制备纳米白炭黑的研究及其废水处理303.1稻壳灰制备纳米白炭黑 303.1.1引言 303.1.2实验部分 313.1.3结果与讨论 323.2制备白炭黑后的废水处理 403.2.1引言 403.2.2实验部分 413.2.3结果与讨论42第4章结论47参考文献48附录51致谢52第1章前言生物质是一种通过大气、水、地球和太阳有资源的可持续性。稻壳是一个巨大的资源丰富的生物质。目前世界上75多个国家种植水稻,产生约5亿吨的大米一年。稻壳作为一个主要的大米加工的副产品,具有产量高,但容易污染环境,而且自燃的风险在积
9、聚时间太长。因此,国内外的处理和利用稻壳引起了高度的关注和投入使用,如何充分的利用稻壳成为一个相当大的问题。传统的做法在业内是通过燃烧后丢弃它,但稻壳灰燃烧后如果未处理,仍将对环境构成威胁。因此,如何更有效的利用稻壳和稻壳灰,以及农产品的深加工,减少环境问题具有重要意义。1.1稻壳及稻壳灰的综合利用1.1.1稻壳及稻壳灰的产生及对环境的影响中国是世界水稻生产第一大国,近年来,年产量约2亿吨。虽然有大量的实际或潜在的工业利用稻壳,但在大多数的碾米企业目前是一个自然堆放或焚烧,占用土地资源、污染环境,或一个潜在的火灾危险环境保护署和大米加工企业一个非常头痛的问题。科学技术进步、综合利用稻壳不断有新
10、的突破,然后产生了很多新的产业模式,稻壳发电就是其中之一。稻壳发电,主要原理是利用食品加工过程中产生的垃圾米糠为原料,燃烧气体的气体发生器,通过水过滤和净化成为纯气体,燃烧工作又进了气体发生器,使用动态发电机发电。根据相关数据显示,2吨稻壳热相当于1吨标准煤,1公斤的稻壳可以产生2.4到2.7公斤的蒸汽,2 - 3公斤稻壳可以产生1千瓦时电。稻壳灰的特点具有比重小,量大,如果不及时开发利用积累会导致严重的空气污染,浪费资源,污染环境,影响企业的正常运转,延长产业链。1.1.2.稻壳及稻壳灰的特点1.1.2.1稻壳及稻壳灰的组成与特点稻壳是一种木质纤维素材料,包含大约20%的木质素,大约40%的
11、纤维,大约20%的五碳糖聚合物(主要是半纤维素),此外,含有约20%的灰分含量和少量的粗蛋白、粗脂肪和其他有机化合物。稻壳含有二氧化硅在网状分布其中,扮演一个骨干作用。稻壳灰主要由两种硅和碳材料,根据程度的稻壳燃烧,碳含量也是不同的。此外,还含有曹的稻壳灰,AI2O3,铁,钾和MgO 3,如Na2O金属氧化物。x射线衍射(XRD)谱表明,没有结晶二氧化硅在稻壳灰衍射峰出现,表明稻壳灰中二氧化硅燃烧后无定形状态。同时,稻壳灰的特点和含碳硅丰富,使其具有广阔的应用前景。1.1.2.2稻壳及稻壳灰的结构与形貌稻壳由内颖及较大的外颖组成，内外通过两个钩状结构彼此连接。稻壳长 5-10mm、宽205-5
12、mm、厚25-30m，其色泽呈稻黄色、金黄色、黄褐色及红棕 色等。其结构如图1.1所示。图1.1 稻壳形貌结构图稻壳灰主要由无定形二氧化硅,基本结构的原子排列是明确的,即Si原子是4个氧原子的四面体中心,构成Si04四面体结构单元。大量的研究表明,特定的表面积RHA很大,不同的加工条件、N2吸附比表面积之间(50- 100 m2 / g)(3、4)。因此,很多研究,RHA是多孔火山灰材料(5 6)。SEM研究RHA,只有报道RHA包含大量微米级差距。仔细研究,如此规模的孔隙是不足以解释为什么RHA有如此巨大的比表面积(平均粒径的硅灰是0.1到0.2,比表面积大约只有20 m2 / g),理论上
13、,RHA是远小于0.1的微孔。理工学院、济南大学,利用SEM、TEM和地区电力衍射(SAD)技术对其微观结构分和两个层次进行了研究。研究发现,稻壳灰是由纳米级硅灵2凝胶粒子(约50 nm)粘在一起,变得松散。结构的稻壳灰除了此前报道在微米尺度蜂窝孔(约10um),也包含大量的二氧化硅凝胶颗粒粘在一起形成一个紧密的纳米级孔隙(小于50 nm),如图1.2。纳米二氧化硅粒子和纳米尺度大孔隙稻壳灰比表面的产品(50 - 100 m2 / g)和根本原因的高火山活动。图1.2稻壳灰结构三层结构模型1.1.2.3稻壳及稻壳灰的物理性质稻壳占稻谷重量的18-20%，稻壳的容重为0.1t/m3，捣实后可达0
14、.16t/m3; 堆积密度为96160Kg/m3，粉碎后可达384400Kg/m3;稻壳的休止角为42。 稻壳燃烧时，其燃烧热值为12.6-16.8MJ/Kg。稻壳燃烧剩下的稻壳灰一般为稻壳质量的20%,稻壳灰的主要成分是二氧化硅，含量高达60% 97%。稻壳灰的容重为200400kg/m3，相对密度为2.14。稻壳灰具有较大的比表面积，通常为5060m2/g有时可高100m2/g。1.1.3稻壳及稻壳灰的应用 1.1.3.1稻壳及稻壳灰在建筑材料领域的利用1.1.3.1.1稻壳及稻壳灰制备水泥主要利用水泥混凝土是原料来源丰富、价格低廉、施工方便、耐腐蚀、高强度。所以这是不可替代的在很多方面内
15、部和外部的主要建筑材料。但采用砂石骨料水泥混凝土自重大,因此在国内外一直致力于研究和开发轻质混凝土。近年来,一种新的国际趋势是将稻壳射向稻壳灰,利用高含量的无定形二氧化硅可以与石灰反应生成水化硅酸钙与胶凝性质,利用稻壳灰生产稻壳灰水泥高汉中人如稻壳作为骨料,水泥作为粘结剂,增强剂制备的107胶稻壳混凝土保温材料。该材料具有丰富的原料来源、价格低廉、施工方便,良好的绝缘性能、耐腐蚀性能等。没有任何预处理和混凝土骨料、沙子和碎石骨料混凝土具有相同的施工技术。取用24.5%用这种方法制得的稻壳灰,然后与其他物质混合,可以使白色硅酸盐水泥用于制造混凝土。水泥板的产品和商品,其物理性质和化学成分均符合标
16、准。1.1.3.1.2稻壳及稻壳灰制备人造木板稻壳是一种人造纤维板材料。稻壳板不仅具有天然木材的加工性能,并有防火、防蛀、防霉、保温、吸音、面板、侧板可用于家具、室内和户外羌族板、天花板等。方法利用稻壳、锯末制造上限,而业务与样品、湿度、吸水率、抗拉强度等，满足标准。1.1.3.2稻壳及稻壳灰在化学、化工领域的利用1.1.3.2.1稻壳及稻壳灰制备吸附剂从稻壳灰结构的角度来看,它是丰富的硅材料,包含大量的石英、方英石和乳白玻璃玻璃结构和组成,主要由石英、硅酸盐的混合物。稻壳灰中国石英石材是四面体硅、硅的有序程度不高,有一个开放的结构,因此它是一个固定的吸附性能稻壳灰是一种优良的吸附剂,染色体,
17、常被用于各种重金属和其他化合物如氯化烃,棕榈酸吸附。AndrewProctor等一直致力于研究利用稻壳灰为各类吸附剂,试图充分燃烧稻壳灰制备无机灰,在这种无机灰分、硅氧化物约占96%,其余主要是钾氧化物、植物油可以用于吸附的各种成分。稻壳灰的反应与氢氧化钠、提馏段SiO2、再次与硫酸其激活,洗后,干燥,粉碎,可以得到一个高质量的脱色剂。大豆油的脱色效果优于活性白土和活性炭,适于连续操作,具有良好的应用前景在石油精炼脱色过程。1.1.3.2.2稻壳及稻壳灰制备水玻璃大多数矿物石英在自然界存在于晶体形式,他们不能与碱溶液反应在水溶液中。只有禾本科植物如稻壳、秸秆、小麦秸秆含有16% - 21%的非
18、晶硅,这种非晶硅和晶体硅二氧化碳性质差别很大,在存在一定的温度和哦,水合二氧化硅巨大的硅氧四面体网格结构是水解成Si(OH)5溶解。因为稻壳灰不包含有害健康等重金属砷、铅、燃烧和排除农药污染,制备高模数水玻璃可以实现产品是水溶性、透明度、稳定性等都优于火方法硅酸钠。所以稻壳灰不仅扩大范围使用硅酸钠水玻璃,满足生产的需要,而且可以特殊产品由高模数水玻璃的白炭黑、硅凝胶、胶体硅和其他工业产品质量改进,降低成本,特别是可用于食品、医药等行业。从目前的文献报道看,由稻壳灰硅酸钠生产步骤碱浸出方法普遍采用。这个过程很简单,硅浸出率较高,但产品硅酸钠模块最高不超过3。1.1.3.2.3稻壳及稻壳灰制备白炭
19、黑大量的硅二氧化硅的形式在稻壳灰,它是无定型,可用碱性溶液在一定温度剥离。稻壳灰用于制备白炭黑的产品。Lapathy - u等提出了稻壳灰碱提取、酸沉淀的方法,可以获得矿物含量最低的硅胶。Kamath Savita R进一步胶体再固化后在特别的情况下,步骤,如洗涤,干燥,其含水率大于65%。它的表面面积258 m2 / g,略超过一半Trisyl 300(硅胶)商品,它的直径是12.1海里,大约是300年Trisyl两次。两个化学结构的硅氧烷键,硅醇组、整合等方面基本相似,产品粒径范围在5到40 nm,Trisyl略大于300(5到25 nm),如300年Trisyl外形一致。产品用途很广,可
20、以用于植物油厂、制药厂、化妆品厂、油漆工厂等。1.1.3.2.4稻壳及稻壳灰制备活性炭在适当的条件下提出了稻壳灰与氢氧化钠反应后SiO2、碳含量可以达到90%以上,碳是多孔结构,是一个很好的原材料制备活性炭。在二氧化硅浸出过程中,碱的侵蚀,因为许多稻壳灰孔隙硅浸出,剩下的碳表面,结合水蒸气,使孔隙增加,更好地实现进一步激活。其工艺比常规天然气的激活,激活方法简单,不仅缩短流程,大大降低生产成本,就需要生产玻璃在玻璃稻壳灰洗水,20%和盐酸处理蒸汽的作用下对40分钟,过滤、洗涤和pH = 5.5 - 7.0,然后干燥,粉碎可以活性炭产品。1.1.3.2.5稻壳及稻壳灰制备硬硅钙石硬硅钙石，化学分
21、子式为6CaO 6SiO2 H2O，是超轻硅酸钙绝热材料的 主要矿物成份，其晶体呈纤维状或针状，在水固比适当的情况下，它们能够相互 交叉搭接，形成刺栗状的球形粒子。南京林业大学的王元纲研究了用稻壳灰作硅质材料水热合成硬硅钙石。结果表明,合理选择硅钙比、水灰比、反应时间、反应温度、搅拌时间条件下的水热合成条件,如稻壳灰二氧化硅的反应与Ca(OH)2生成硬硅钙石晶体,纤维形状晶体也可以交织成两个球形粒子。1999年11月刊的一篇耐火材料在国外,由实验证明稻壳灰是硅酸钙耐火保温材料高质量的原材料,在温度高达1000。C具有良好的热耐久性。具有高含量的二氧化硅,活动,比表面积大,与石灰水(热结晶生成良
22、好的硬硅钙石晶体,晶体形成绝缘的材料体。1.1.3.2.6稻壳及稻壳灰制备碳化硅碳化硅是一种强共价结构陶瓷，具有高强度、高硬度、高热导和优良的耐腐 蚀性能，其在作为热机应用和制备高性能复合材料的应用越来越受到重视。自 1970年美国Utah大学的Cutler教授发明稻壳合成碳化硅晶须（SiCw)以来， 稻壳合成碳化硅的研究得到了快速的发展。炭化稻壳在二氧化硅存在于无水非晶型,其排列硅和氧之间并不像有序作为石英,有利于高温断裂的Si - O键,有利于合成碳化硅。C的稻壳灰为无定形碳,是由石墨层结构分子碎片大致相互平行的无序堆积,有时有点碳键彼此在四侧体焊接方法,形成一个无序结构。稻壳灰在晶硅2交
23、替和无定形碳,障碍通常是无定型二氧化硅和C较高,有一定的活动一般合成反应。在合成SiCw温度下，C和Si2按下式反应：Si2+3C=SiC+2CO由反应式可知，自然炭化稻壳中的C过量，适当外加SiO2(稻壳灰)，可提高 SiCw生成率，通常Si2的含量以57.50%为宜。为了保证SiCw的生成速率及生 成率，合成的温度一般控制在16001700%，升温速率控制为30%/ min。适合作SiCw生长的催化剂有Cr，Al，Fe，Co，FeCh，LaCb，Fe23等， 不同的催化剂及生长方式下合成SiCw的形貌及结构有较大的差异，而且层错、 位错、孪晶及aSiC变体等晶体缺陷普遍存在。采用复合催化剂
24、不仅能降低SiO2 的熔点，而且还可提高SiCw的生成率。1.1.3.2.7稻壳及稻壳灰制备硅胶硅胶是一种三维网状结构的二氧化硅干凝胶,属于多孔材料,有一个大的区域和特定的孔隙体积内表。这个特性使它重要的干燥剂、吸附剂和催化剂载体等。有机硅自1960年代以来,已逐步发展的方向和形式的细化,专业化、各种计系列产品67。工业制备硅胶通常与硅酸钠和各种无机酸(主要是硫酸盐)应当根据凝胶当pH值不同,可分为酸性、中性和碱性凝胶凝胶胶凝,。一般说,酸凝胶制剂可以比表面积、入口0.4 - 1.0 ml / g粗和细孔硅胶;碱性凝胶可以准备小比表面积、入口1.6 - 2.0 ml / g大孔硅胶。稻壳硅胶制
25、取工艺如下：稻壳一炭化一提取一过滤浓缩一中和成胶一熟化一凝胶洗涤一干燥、筛分和 包装一成品。1.1.3.2.8稻壳及稻壳灰制备四氯化硅四氯化硅是一种重要的化工产品,可使气相硅、有机硅烷、硅橡胶、硅元素和半导体与高纯硅等,这些产品广泛渗透在各种工业领域。一般来说,高质量的硅产品,都有一定的关系,四氯化硅。主要结构的稻壳灰是无定形硅,氧气分子氧低结合能形成的活性中心之间的一座桥梁,细颗粒的疾病,比表面积大,活性硅氯反应时很容易在750%四氯化硅是生成的,和原材料价格远低于硅,所以使用稻壳灰类硅源制备四氯化硅,具有很高的工业价值。1.1.4稻壳及稻壳灰综合利用的意义稻壳、秸秆燃烧在中国每年分别排放5
26、000万吨和10.43亿吨的二氧化碳严重浪费资源和污染环境。在综合利用可以减少二氧化碳的排放,减缓温室效应。利用农村垃圾生产高附加值产品是改善农村环境,增加农村就业机会,与农村经济的发展,有效的方法来解决问题的农业、农村和农民。的综合利用稻壳灰为发展高新技术农业、开辟新的道路在工业化的推广具有重要的价值。1.2活性炭的制备及应用1.2.1活性炭的结构根据国际联合会的纯化学和应用化学联合会),活性炭的定义是指在前面的碳化时间和干馏炭化后,与气体或化学作用来提高多孔碳的吸附性能。是一个高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积的多孔碳材料。主要由C组,也包含元素如H、O、N、S,以及一些无机矿物质。 活性
27、炭材料的结构由平面层的碳原子排列在六角,平层构成的基本微晶的活性炭材料(石墨微晶),每个都包含石墨微晶3 4平行平面层的碳原子,碳层是不互相平行,但在不同的角位移排成螺旋层结构。生活性碳孔隙可分为夹层之间形成石墨微晶尺寸石墨微晶间孔、晶间孔的形成,孔隙大小在纳米系列,所以有些学者称之为孔隙空间。1.2.2原料及其选择活性炭可以由各种类型的含碳材料来制备，大体可以分为以下几类：植物类:木、竹、稻壳、杆和胡桃壳、椰子壳和其他果壳。植物原料内部有许多天然毛孔,激活催化剂容易到室内的植物。植物原料具有良好的反应性能同时,所以得到活性炭具有更好的性能。此外,与煤炭质量的原材料,工厂原材料杂质少、低灰分含
28、量,可用于食品、医药及其他特殊要求。近年来,随着改善壳、果核原材料成本,缺乏木材,这些植物资源为原料的限制。同时,日益提高的要求,环保、废物资源化要求越来越高,很多人的原料制备活性炭回收到工厂,如许多副产品在农业生产、农副产品加工废料、纸浆废液等。已经有很多研究表明,这种废物资源利用是可行的。这种原料来源、成本低、制备的活性炭作为原料,具有环境效益和经济效益。矿物质：煤炭,如各种不同煤化程度的煤(从泥炭对无烟煤)及其混合物、煤半焦、浙江绿如煤和石油焦、石油浙江绿色等。我们国家有丰富的煤炭资源,煤炭类型齐全,价格低,是生产的主要原料活性炭。褐煤和烟煤加热会产生烧结和扩张的活性炭会有相对发达的孔,
29、可用于液体脱色和大孔催化剂的载体。对无烟煤,由于反应性能差,激活周期长,微孔的产品开发,入口大,可用于水净化木炭,低压气体碳吸附;对劣质煤,挥发份较高,难以集中,但反应性能好,活性炭的孔,也可用于普通的净化污水。此外，利用酚-甲醛、合成树脂等化工原料也可以制备出高性能的活性炭。其他来源：如纸浆废液、有机废弃物以及其他废弃物。目前我国已进入能源短缺的时代,导致“煤炭短缺”和“木材短缺”,因此迫切需要拓宽原料来源的高质量的活性炭。近年来,螺母类原材料为农业、林业和产品浪费,低成本,低灰分、高质量的自然结构、地层孔隙结构、坚强、有较高的机械度,是材料制备高比表面积活性炭,但它的生产是有限的,由原材料
30、生产和起源。1.2.3制备方法2002年，我国活性炭的产量已达到20万吨，其中木质活性炭约为4万吨左右。 活性炭的制备主要有物理活化法和化学活化法。物理法(又称气体活化法)是利用水蒸气、二氧化碳气体或空气氧化剂生产的活性炭作为一种生活。体育消费的碳原子形成孔隙结构,所以产量很低。虽然生活在不均匀的热传递中可能导致产品质量的不稳定性,该过程的特点是高活化温度,设备投资大,但没有对环境的污染。化学活化法(药物)是使用化学物质作为催化剂为活性炭制备活性碳的方法。被广泛用作催化剂ZnCb、H3PO4,H2SO4、氯化钙、碳酸盐、金属、碱土金属氢氧化物等为原料的脱水效果,侵蚀的化学品,以及K2CrO4,
31、如KMnO4氧化性的化学物质。化学活化的过程温度低的特点,它可以完整的炭化和活化在同一时间,容易调整孔隙度的产品,可使尺寸更小的碳微晶和微小的孔隙结构,使孔结构的活性炭,吸附性能越好。和操作简单,能耗低,回收一些活化剂、低碳损失同时,收益率相对较高。但是产品在某个部位的清洗步骤还是化学活化剂,有一定的限制其应用。同时,该方法的设备腐蚀,容易污染大气和水体。 1.2.4活性炭的应用发达的孔隙结构决定了活性炭吸附是其最显著的特征之一,和活性炭广泛用于吸附有害物质在气相、液相、净化处理如、饮用水和废水处理,在食品工业、医药、气体脱硫,脱硫烟气脱硝、气体储存、食品保藏、燃料和军用防毒面具和其他应用程序
32、。同时由于活性炭有耐高温、耐腐蚀、导电率、传热和化学稳定等一系列优点,在催化材料、电子能量源和生物应用程序建立了工程材料的研究和开发、生产和性也在不断增加。全球生产和消费不断扩大的活性炭,活性炭消费在2003年超过700000吨,并以每年15%的速度增长。1.2.4.1活性炭在气相吸附中的应用活性炭吸附在气相场中起着非常重要的作用,它的应用在气相吸附开始从第一次世界大战的防毒面具,后逐渐向化工、制药工业、溶剂回收、煤气净化和分离等。广泛使用活性炭的发展极大地推动了制造业的活性炭,活性炭产品逐渐向高效、易于使用的性能。目前,该系统的活性炭及其制品在烟气脱硫、家用空调和抽油烟机和其他方面的应用开发
33、研究潜力。活性炭用于气相吸附的主要优点是简单的技术,活性炭可再生反复背,从而降低成本。主要缺点是,因为大部分的吸附过程是放热过程,有可能引起爆炸的局部过热。吸附法回收溶剂为了克服这个缺点,在设计和使用这种方法来注意爆炸极限的各种溶剂和温度和解吸方法的选择,如活性炭纤维布、地毯、或蜂窝制品等。1.2.4.2活性炭在液相吸附中的应用使用活性炭作为吸附剂在液相始于精制糖脱色。可以让它从活性炭表面的疏水性吸附材料在解决方案,因此被广泛用于水的净化。对于粉末炭吸附速度快,吸附效果好,用于液相的活性炭粉炭。现在,如果你想让水完全符合人类的饮用水标准或工业废水排放和几乎没有使用活性炭。许多石油化工及其他工业
34、产品在加工过程中不可避免地会有微量的颜料和产生异味,导致产品质量变化过程中杂质,长期储存的脱色、除臭、去除杂质,使用活性炭已经被越来越多的关注。制药行业的api通过活性炭吸附过程,目的除了脱色、除臭也可以提高药物的纯度,提高药物的稳定性,减少或避免副作用。抗生素、磺胺、生物碱都是通过脱色活性炭净化和激素的药物。几乎所有的食品行业对活性炭进行脱色精制。1.2.4.3活性炭在环境保护中的应用环境保护是当前人类面临的一个世界性的难题,中国的环境保护情况更严重。据统计,中国的经济发达地区几乎没有例外是环境污染严重的地区。喝的水,例如,河流流经中国大中城市的80%不是作为一个来源的饮用自来水的摄入量。长
35、江三角洲,被称为江南水乡,80%的湖泊水质在下面四个类别。和环境保护不是活性炭已经成为人们的共识。美国每年对环境的保护,包括水处理和空气体积,占超过60%的总数量的活性炭。和生产活性炭在中国,近一半是真的为他们环境保护的活性炭,最多只有大约1/10的生产。1.2.4.4活性炭作为催化剂和催化剂载体的应用光气生产、氯化碳氢化合物、氧化脱氢、硫化氢、二氧化硫氧化还原和一些复杂的反应是使用活性炭为催化剂聚集。活性炭作为催化剂载体也很常见,如氯化汞活性炭作为催化剂用于生产氯乙烯,活性炭作为催化剂醋酸锌合成醋酸乙烯。最近活性炭负载其他贵金属和稀土元素,如活性炭负载钯作为歧化和加氢和脱氢反应催化剂和各类催
36、化剂对反应是活跃的研究和开发。穆格公司甲醇重整催化剂选择性与高达98%,但其转化率仅为22.8%,而且具有较高比表面积活性炭为载体的催化剂MoO3不变的情况下,在选择性(96.4%)、转换可以达到70%。1.2.4.5活性炭在电池和电能贮存方面的应用活性炭在电池和储能应用有着悠久的历史和碳材料早在19世纪(1802年)成为一个电池电极材料,1930年,是由活性碳电极,电池,如活性炭空气电池、燃料电池、钠硫电池电极是用活性炭。使用活性炭吸附电解液(无机或有机电解质能)使超级电容器容量,为电极放电电路设计合理,因为电池带来了革命性的变化。这种电容器有体积小,重量轻,单位重量(或体积)、高的能量密度
37、、快速充电,如无污染的性能优越。1.3白炭黑的性质、制备方法及用途1.3.1白炭黑的性质白炭黑粒子和炭黑粒子在一些类似球形的粒子之间彼此联系,相互接触后粒子链是树突。不同品种的白炭黑结构发达程度是不同的。关键分支结构,以氢键力相互作用,形成云的总净形成立体结构,通常被称为二级结构。这种二级结构由外部开放或被摧毁,然后聚集形成。白炭黑结构大小的常用其吸油值,结构越大,吸油值越大,较小的颗粒和比表面积。显示微镜观察表明,白炭黑是相同的骨料葡萄串,具有较高的比表面积。X -射线衍射图表明,总体结构的二氧化硅为非晶型,但是不同的方法、白炭黑、无定形结构有一定的差异。白炭黑微粒直径很小，一次粒子粒径大约
38、在0.01 1pm范围，其细小微粒表 面有不同的羟基存在，故显示出亲水性。红外光谱研究证实，白炭黑粒子表面羟 基有三种类型：隔离羟基、相邻羟基、硅氧基(如图1.3)。图1.3白炭黑强基结构图分子结构的白炭黑Si - O -活动,相关位置在结构中心有一个极性- Si - O -键,配合力;在粒子表面的Si - O -关键活动大,可以结合其他分子的力量。白炭黑表面的Si -哦组有很强的活动,在我们周围的离子键有加固效果。从化学成分和特征的硅表面是一层硅和硅醇盐团体,这些团体,吸水性强。硅醇盐容易化学反应,容易被修改以便用于白炭黑表面。这些特殊的结构和物理化学性质,使白炭黑具有良好的耐酸、耐碱、耐高
39、温、绝缘、吸收、分散、增稠性、触变性和灭绝的性能。1.3.2白炭黑的用途纳米二氧化硅与粒度小(小于100海里)、大比表面积(一般超过100 m2 / g),纯度高,分散性好,以其优良的性能特点,增强、增稠稳定和触变在橡胶、涂料、医药、造纸、和许多其它工业领域广泛使用,相关行业的发展在新材料的基础和技术保证,纳米硅广泛应用于各个领域。添加纳米二氧化硅涂料可用,抗凝、防止松弛,增厚等;增加灭绝纳米二氧、硅、塑料薄膜可以提高透明度、韧性、强度、防水性能等。胶粘剂和密封剂在加纳-二氧化硅,可以迅速形成一个网状结构的二氧化硅,抑制胶体流动,加快固化速度,改善效果的胶水结。在医药、农药、可能的影响、悬架和
40、载体,增厚在最新的研究结果表明,该聚合物系统引入纳米二氧化硅能显示出一系列非凡的光学性能和力学性能。“工业味精”、“材料科学起源”之美誉。问世以来,纳米二氧化硅材料科学是当今世界上最能够适应时代和增长最快的一个品种,发达国家有高性能、高附加值的精细无机材料作为下一个世纪的重点新材料开发。1.3.3白炭黑的制备方法1.3.3.1普通白炭黑的制备方法目前,普通白炭黑生产方法通常有两种:一是气相法，气相法白炭黑生产技术一般的物理和化学性能好,其粒径、比表面积、表面活性和其他重要属性是理想的。但在生产纳米硅原料贵气相方法和设备要求高,技术复杂,产量低。另一种类型是沉淀法,尤其是传统的沉淀法与硫酸、盐酸
41、、二氧化碳和水的玻璃作为基本原料生产白炭黑生产过程中,产量高,工艺简单,容易形成规模生产,但产品的质量比气相法有较大的差距。1.3.3.1.1气相法公司在1941年,德国迪高沙研制的硅或有机硅氯氢氧火焰水解法生产技术的白炭黑,称为“气相二氧化硅”方法。这个方法是纳米氧化物发达国家工业化生产的主要内容方法。方程式如下:四氯化硅为原料的气相法,采用四氯化硅水解系统内气体氢-氧流形式的硅的热烟。反应式为：2H2+O2 2H2OSiCl4+2H2OSi2+4HC12H2+O2+SiCl4SiO2+4HCI该法所得产品的优点是产品纯度高、分散度高、粒子细而形成球形，表面羟 基少，因而具有优异的补强性能，
42、但所用原料贵，设备要求高，技术复杂。分别通过增压、氢气和空气分离、脱水、硅胶干燥、冷却除尘过滤成水解成一炉。将提供原料四氯化硅对精馏塔在蒸馏、蒸发在化油器、干燥为载体,过滤后的空气送到水解合成炉。四氯化硅蒸发在高温(1000 - 1200%)火焰温度,用一定量的氢气和氧气(或空气)在高温1800摄氏度为气相水解;气相二氧化硅粒子生成的很好现在,随气体气溶胶的形成,不容易捕捉,所以第一组装成更大的颗粒在聚合器,然后收集的旋风分离器,再到酸炉,含氨空气吹气相二氧化硅对pH值的4 - 6是成品。1.3.3.1.2沉淀法沉淀法是硅酸钠和硫酸或盐酸,生成硅酸盐、分解和白炭黑再次。它属于水合二氧化硅,二氧
43、化硅含量约为90%。市场需求大,主要用于橡胶补强剂。白炭黑从中国工厂主要生产白炭黑在这种方式。化学反应式为：Na2SiO3+2H+SiO2+2Na+H2O生产的沉淀,有很多原料,常用的硅酸钠、高岭土、煤矸石硅灰石、膨润土、硅藻土、工业废渣等。降水方法,简单的生产技术和设备,产品活性不高,颗粒不容易控制,亲和力,增强性能低,材料表面羟基键水严重削弱产品的粘接强度。广泛用于橡胶沉淀法白炭黑橡胶、塑料填充补强剂,油墨增稠剂,涂料添加剂、合成润滑脂和硅润滑脂稠化剂、平滑剂在制革行业、农药分散剂、造纸填料、合成树脂、聚酯树脂、聚氨酯弹性)添加剂行业、电子电气绝缘隔热填料和日用化工原料等行业。同时为聚丙烯
44、、无毒PVC塑料薄膜开放剂和防结块剂的食品、农药医药的载体。1.3.3.2纳米白炭黑的制备方法目前，国内外研究机构均在研究各种制备纳米白炭黑的方法，以下三种方法最为常见。1.3.3.2.1气相法该方法和普通白炭黑生产过程基本相同,它采用四氯化硅在氢氧焰水解决方案。水解硅分子聚合成粒子,粒子相互碰撞,融合成一个有机整体,形成了三维和有分支关键骨料。一旦这些聚合硅熔点温度以下,然后进一步碰撞,导致机械绕组的键,产生结块。由于更少的物质浓度在气相方法,生成更少的谷物在一起。目前,气相法仍然是最成熟的大规模生产纳米二氧化硅的有效方法。1.3.3.2.2溶胶-凝胶法金属醇盐或无机盐为原料,采用金属醇盐和
45、无机盐水解或非金属氧化物或金属氧化物沉淀反应制备了均匀溶胶。然后一个溶胶凝胶过程,形成有机或无机聚合物网络。凝胶后,老化,干燥和热处理获得产品。使用原硅酸乙酯和无水乙醇和水为原料,氨水为催化剂,在充分搅拌均匀搅拌混合60%、洞的纳米二氧化硅材料老化后处理系统。赵秦生等以硅酸钠为原料,乙酸乙酯等为潜在酸试剂,通过溶胶凝胶法,制备多孔二氧化硅纳米粉体。其优势是能够在温和的反应条件下,高纯度的二氧化硅,具有大的比表面积,容易获得较好的分散在水溶液,悬浮性能,活动是更大的。缺点是凝胶干燥过程中,材料收缩由于挥发的溶剂和水,进行处理后才能得到纳米粒子。1.3.3.2.3反相胶束微乳液法该方法是一种最具创新力的液相化学制备方法、微乳液通常由表面活性剂、表面活性剂、油和水乳化,形成小剂量的溶剂被包裹在剂量形成大的溶剂微泡,微泡表面形成的表面活性剂,大小是5到100纳米之间。从泡沫中生成固相可以使成核增长、缩合和附聚过程局限在一个微小的球形液滴,从而形成球形颗粒,并避免进一步的团聚颗粒间。该方法制备的纳米粒子尺寸小,分散性好,实验装置简单,操作方便。反应物大多是金属或金属氧化物与醇在低温反应的醇盐,当酒精盐微粒通过水界面膜进入细胞核,醇盐水解生成的金属氧化物或复合氧化物。1.