利用低碳稻壳灰生产活性炭的工艺与应用研究

论文摘要

本论文主要探索了利用废弃稻壳灰联产水玻璃和活性炭的方法,研究重点是根据废弃稻壳灰的本身特性,在保证水玻璃质量的前提下,使用其废料碱溶滤渣生产出性能优越的活性炭,优化生产工艺,以期整个处理工艺达到全利用、低成本、高质量、低污染的目标。同时,探索了低成本的酸化碱溶滤渣在油脂脱色中的应用。稻壳灰主要由二氧化硅和碳组成,论文首先研究了原料稻壳灰的特性,确定了普通的废弃稻壳灰属于高硅低碳的低碳稻壳灰,所以碱溶制取水玻璃是最简单有效的处理工艺,碱溶条件（反应时间、碱液浓度、加水量等）能决定产品性质,而随着碱溶强度的变化,所得水玻璃与碱溶滤渣的质量是矛盾的。实验采用含碳量为12.7%的低碳稻壳灰为原料,经实验测定,为保证水玻璃的模数大于2,碱溶滤渣的灰分最低为44.27%。采用灰分为44.27%,亚甲基蓝（MB）吸附值为6.0mL/0.1g的碱溶滤渣为原料再活化制备活性炭,由于缺乏隔氧活化设备,实验采用普通马弗炉作为活化器,经实验确定,氢氧化钠的活化效果最好,优化实验确定了最佳活化条件为:活化剂用量28g/8g碱溶滤渣,活化温度640℃,活化时间120min。同时,确定了最佳洗涤方法:水洗-酸洗-水洗,酸洗条件为每2g炭添加150mL浓度为0.3mol/L的盐酸,640℃酸洗80min。最后确定了最佳拌料方法为湿拌法:将灰拌入氢氧化钠饱和溶液中,130℃烘干,按照实验确定的最佳工艺制得的活性炭,MB吸附值高达26.0mL/0.1g,灰分仅为1.2%,远远优于LY/T 1281-1998一级活性炭标准,其它各项指标符合LY/T 1281-1998一级活性炭标准。由于LY/T 1281-1998仅规定了活性炭的质量指标,而活化条件的选择在很大程度上还取决于得率、成本等因素,同时比表面积、碘吸附值等指标对探索活化机理很必要,也是不同文献之间互相参考比较的重要标准,所以实验比较了各活化条件对碳利用率、活化效率、BET比表面积和碘吸附值的影响,并通过一系列对比实验探索了活化过程并检验参考文献中的一些设想,实验结果验证了之前实验所确定工艺的优越性,同时也指出了在活化剂回收方面存在的问题。由于活化成本较高,论文在最后探讨了灰分为44.27%,MB吸附值为6.0mL/0.1g的碱溶滤渣不经活化,酸化后直接用作油脂脱色剂的可能性,确定了最佳酸化条件:酸洗条件为每4g碱溶滤渣添加400mL15%（v/v）的硫酸溶液,25℃酸化40min。由于实验室无法准确模仿工业生产中的脱色过程,所以主要检测脱色率、残油率、过滤速度等指标,通过与工业上广泛应用的活性白土比较来进行研究,实验结果表明:酸化碱溶滤渣的脱色率、酸度和过滤性能优于活性白土,但是残油率高于活性白土,在生产中可以作为油脂脱色用活性炭的替代品。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 总论
• 1.2 稻壳作为能源的利用情况
• 1.2.1 稻壳形态结构及化学性质
• 1.2.2 稻壳的燃烧性能及其对稻壳灰结构性质的影响
• 1.3 稻壳灰生产活性炭的可行性
• 1.3.1 活性炭概述
• 1.3.2 我国关于活性炭的相关标准
• 1.4 国内外以稻壳制备活性炭的研究概况
• 1.4.1 国内关于稻壳灰联产水玻璃和活性炭的研究
• 1.4.2 国外对稻壳利用方面的多角度研究
• 1.4.3 国内外对碱法活化制备活性炭的研究现状
• 1.4.4 以稻壳灰制备植物油脱色剂的研究
• 1.5 立题背景及意义
• 1.6 课题研究内容
• 第二章 低碳稻壳灰联产水玻璃与活性炭工艺的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料与设备
• 2.2.1 实验原料及主要试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 稻壳灰联产水玻璃和活性炭工艺
• 2.3.2 硅溶出率的计算方法
• 2.3.3 水玻璃模数及二氧化硅含量的测定方法
• 2.3.4 活性炭MB 吸附值的测定方法
• 2.3.5 活性炭灰分的测定方法
• 2.3.6 碱溶条件对碱溶滤渣及活性炭产品性质的影响
• 2.3.7 活性炭水分含量的测定方法
• 2.3.8 活性炭pH 值的测定方法
• 2.3.9 活性炭中碳含量的测算方法
• 2.3.10 稻壳灰中焦油含量的测算方法
• 2.3.11 稻壳灰中各种金属氧化物含量的测算方法
• 2.3.12 碱溶时间对碱溶效果的影响
• 2.3.13 加水量对碱溶效果的影响
• 2.3.14 碱液浓度对碱溶效果的影响
• 2.3.15 碱溶后洗涤工艺的研究
• 2.3.16 研究物理活化法制得的活性炭产品性质
• 2.3.17 不同活化剂活化性能的比较
• 2.3.18 不同拌料方式的比较
• 2.3.19 确定活化条件
• 2.3.20 活性炭制备过程中碳利用率的计算方法
• 2.3.21 性炭制备过程中活化效率的计算方法
• 2.3.22 活性炭碘吸附值的测定方法
• 2.3.23 活性炭比表面积的测定方法
• 2.3.24 活化剂用量对活性炭综合性质的影响
• 2.3.25 活化温度对活性炭综合性质的影响
• 2.3.26 活化时间对活性炭综合性质的影响
• 2.3.27 活化后洗涤工艺的确定
• 2.3.28 最佳酸洗条件的确定
• 2.3.29 对活化反应中除硅过程的研究
• 2.3.30 活化剂回收的研究
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 原料稻壳灰的主要成分分析
• 2.4.2 碱溶工艺的研究
• 2.4.3 碱溶后洗涤工艺的研究
• 2.4.4 活化工艺的研究
• 2.4.5 活化后洗涤工艺的研究
• 2.4.6 对活化反应中除硅过程的研究
• 2.4.7 活化剂回收的研究
• 2.4.8 低碳稻壳灰联产水玻璃和活性炭的完整工艺
• 2.4.9 所得活性炭产品性质
• 2.4.10 活性炭的显微结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 稻壳灰吸附剂的油脂脱色作用研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料与设备
• 3.2.1 实验原料及主要试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 酸化碱溶滤渣（ARHA）的生产工艺
• 3.3.2 油脂脱色剂pH 值的测定方法
• 3.3.3 脱色率的测定方法
• 3.3.4 残油率的测定方法
• 3.3.5 过滤速度的测定方法
• 3.3.6 酸化剂的选择
• 3.3.7 硫酸浓度对ARHA 综合性质的影响
• 3.3.8 酸化温度对ARHA 综合性质的影响
• 3.3.9 酸化时间对ARHA 综合性质的影响
• 3.3.10 脱色剂添加量对脱色效果的影响
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 碱液浓度对ARHA 综合性质的影响
• 3.4.2 酸化剂的选择
• 3.4.3 硫酸浓度对ARHA 综合性质的影响
• 3.4.4 酸化温度对ARHA 综合性质的影响
• 3.4.5 酸化时间对ARHA 综合性质的影响
• 3.4.6 脱色剂添加量对脱色效果的影响
• 3.4.7 各种脱色剂综合性质的比较
• 3.4.8 ARHA 与活性白土脱色效果的比较
• 3.5 本章小结
• 结论与展望
• 一、结论
• 二、展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录一：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录二：各样品灼烧后的残灰形态比较