[发明专利]一种稻壳联产活性炭和硅复合肥的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种稻壳联产活性炭和硅复合肥的方法。

背景技术

稻壳是一种重要的可再生生物质材料，它来源广泛，价格低廉，利用稻壳生产一些功能性的材料具有重要的经济和环境意义。稻壳的组成主要可以分为两部分：一部分是由纤维素、半纤维素、木质素等组成的含碳部分，另一部分是由二氧化硅组成的含硅部分。利用稻壳生产活性炭或纳米二氧化硅材料的报道有很多。但是，利用稻壳联产活性炭和硅复合肥的研究目前还未见报道。

活性炭是一种重要的多孔材料，它具有广泛的应用，包括吸附、催化剂载体、储氢和电极材料等。活性炭的活化方法也有很多，主要包括物理活化法和化学活化法。物理活化法又分为：水蒸汽活化、二氧化碳活化和空气活化等。但是物理活化法通常需要高温和长时间，耗费能量较大。所以很多研究者采用化学活化法来制备活性炭。化学活化分为：酸活化(主要是磷酸、硫酸活化)、碱活化(主要是氢氧化钾、氢氧化钠活化)、盐活化(主要是氯化锌活化)。每种活化方法都有各自的优缺点。氯化锌活化虽然工艺简单，活化碳化温度低，但是含锌废水的排放会对环境产生很大的污染。磷酸活化具有炭化活化温度低、产率高的优点，但是所制备的活性炭存在灰分含量高、吸附性能差、应用领域限制的缺点。碱活化的优点是制备的活性炭的比表面积高、孔隙发达、灰分含量低，但是碱活化方法制备活性炭存在活化温度高、产率低、活化剂成本高、活化剂废水污染环境等问题。例如，按稻壳与过氧化钾的投料比为1：3，4吨稻壳生产1吨活性炭的最佳条件，生产一吨活性炭需12吨氢氧化钾，虽然生产的活性炭比表面积大、活性高，但是，消耗碱量太大，成本太高，且废水难于处理，因此氢氧化钾活化制备活性炭的技术还无法用于工业化生产。

若结合磷酸和氢氧化钾两种活化方法的优点，并将其应用在活性炭的制备过程将具有重要的意义。

活性炭的生产过程通常会产生一些含酸或含碱废水，这些废水的排放会对环境产生很大的污染。充分利用这些生产废水来生产一些有用的材料具有很大的实际意义。

硅肥对农作物的生长具有重要的作用，大量的研究已经证明硅肥可以增加一些农作物的产量，如：水稻增产率为10％～26％，小麦为10％～15％，花生为15％～25％，棉花为10％～15％，水果、蔬菜增产幅度更大。硅肥也可应用在园艺作物，增加其抗病能力。但是土壤中可溶性、可吸收的硅很少。硅肥的制备有一些报道，如：专利CN102531711A公开了一种高浓度液体硅复合肥的制备方法，该方法以硅粉为原料，在1400℃与氢氧化钾反应，制备液体硅肥。专利CN103058784A公开了一种含硅的水溶性肥料，该肥料由硅酸盐、缩聚磷酸钾、聚磷酸铵提供营养元素N、P、K、Si。专利CN103101920A公开了一种液体硅钾肥料的方法，它通过二氧化硅和碳酸氢钾的高温熔融，去离子水的调节制得水溶性硅酸钾。但是硅肥行业的发展存在如下问题：(1)高温处理原材料生产硅肥，加工温度高，生产工艺复杂，能耗大，相应的增大了产品成本。(2)直接粉碎矿渣并复配，生产工艺简单，成本低，但存在有效硅含量低的缺点；同时矿渣含有过渡金属粒子，容易对水稻产生污染；(3)利用水玻璃等化学合成原料，具有有效硅含量高的优点，但价格昂贵，推广难度大。(4)产能低，无法满足市场需求。

因此，寻找低成本的硅源(如农业废弃材料、工业废弃材料)、利用简单的工艺生产硅肥已经成为一个研究的热点。虽然文献中有不少关于硅肥的报道，但利用稻壳生产活性炭过程中产生的废水来联产液体硅复合肥的研究还未见报道。

发明内容

本发明目的是提供一种稻壳联产活性炭和硅复合肥的方法。

本发明采取的技术方案是：

本发明的稻壳联产活性炭和硅复合肥的方法如下：

(1)将稻壳和磷酸按质量比1：3～5混合浸渍，加入到活化炉中，升温至500℃，活化反应40～80分钟，出料，冷却至室温，加入活化料质量(活化料质量是活化后的质量，即活性炭活化质量损失后+磷酸脱水之后的总质量。)3～5倍的水，在20～30℃搅拌溶解磷酸、多聚磷酸(：磷酸高温脱水，肯定要聚合，多聚磷酸就是高温下磷酸脱水聚合形成的，在活化后的活化料中，磷酸主要以多聚磷酸的形式存在。)0.5～1小时，过滤分离滤液和滤渣，滤液返回浸渍工序循环利用；滤渣再加入滤渣干基质量2～3倍的水，在90～100℃热水搅拌水解1小时，降温过滤，分离滤渣和含硅的酸滤液，滤渣水洗至中性，干燥得到含硅15～19wt％的活性炭；