[发明专利]控制生物氧化硅的性质的方法

说明书

可从含有非硅质无机物质的硅质植物获得多孔无定形氧化硅。将硅质植物物质浸泡在包括螯合剂的水溶液中。螯合剂的存在量有助于提取至少一些非硅质无机物质。然后将水溶液与硅质植物物质分离。通过控制硅质植物中的至少一种预选的非硅质无机物质的量，向硅质植物赋予有益性质。在该方法结束时，在氧气的存在下在一定温度下对硅质植物物质进行热处理，以产生具有有益性质的所得无定形氧化硅。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求享有2019年4月5日提交的美国临时专利申请序列号62/830,054和2018年9月5日提交的美国临时专利申请序列号62/727,183的优先权，并且本申请要求于2019年8月23日提交的美国专利申请序列号16/549,667的优先权，通过引用将它们的全部内容并入本文。

发明背景

发明领域

所公开和要求保护的发明涉及一种用于控制生物来源的氧化硅的性质的方法。更具体地，本文提出的发明涉及选择性地提高从硅质植物(包括稻壳、茎和叶)的可再生资源中回收的无定形氧化硅的期望性能的方法。

相关技术的描述

目前出于多种目的制造、销售和利用无定形氧化硅。美国专利US 6,406,678、US7,270,794以及Shipley的美国专利US8,057,771(通过引用将它们各自并入本文)展示了从生物来源例如稻壳回收无定形氧化硅的方法。无定形氧化硅以格子状结构存在于硅质植物物质中，与各种有机化合物(如纤维素、木质素、半纤维素和各种无机物，包括磷酸盐、盐、凝胶、水合物和氧化物)紧密交织。稻壳组合物中的典型无机物质是磷、钾、钙、镁、锰、钠、铁、锌和铝的元素或各种化合物。通过洗涤或螯合随后热处理来去除这些有机和无机物质，留下具有高孔隙率的基本纯净的无定形氧化硅(如同其存在于植物物质中)是有问题的。如果在低温下对植物物质进行热处理，碳和有机杂质的去除通常是不完全的。在任何温度下的热处理通常都不会去除所有碳。任何温度下的热处理对无机杂质影响很小。在较高温度下的热处理会引起氧化硅的格子状结构的熔融(fluxing)，从而降低其孔隙率(每单位重量的有效表面积)、孔容积和孔径，同时将杂质截留在所述结构内。在更高温度下的热处理引起不希望的氧化硅结晶。单独进行热处理几乎不能去除无机杂质。如果氧化硅在热处理期间被熔融，则无机杂质从氧化硅中的热处理后去除是成问题的。

美国专利US 6,406,678；US 7,270,794和US 8,057,771公开了一种装置，通过该装置可以提取具有选定特性(包括碳、无机杂质和孔隙率的量)的无定形氧化硅；也可以通过环保的方式(不会使大气碳化，减少了氮氧化物和硫的排放，并且不涉及有毒或污染性化学物质的使用)从硅质植物物质(例如稻壳、稻草和叶子)中提取木质素、半纤维素、纤维素衍生的糖和可利用的能量(开环可再生能量)。

根据期望的终产物的性质和品质，在热处理之前，可以对硅质植物物质进行水中浸渍、分离浸渍水和处理固体以引起碳氢化合物的减少和/或无机化合物的去除。可从用于浸渍和/或浸泡硅质植物物质的水中回收木质素、半纤维素和纤维素衍生的糖。在氧气的存在下对固体进行热处理会产生硅质灰分。通过改变热处理之前的步骤和热处理的温度，产生的硅质灰分可能没有可检测的晶体含量或选择性地包含或多或少的无定形氧化硅或晶体氧化硅、或多或少的碳、或多或少的无机残留物并且具有期望的孔隙率。