本發(fā)明涉及一種利用稻殼制備高分散性納米白炭黑的方法，屬于納米白炭黑制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)能是一種理想的清潔可再生能源，具有二氧化碳零排放、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，開發(fā)和利用生物質(zhì)能源對減緩溫室效應(yīng)，減少大氣污染，緩解能源壓力具有重要意義。稻殼這一農(nóng)業(yè)廢棄物的高值化利用不僅可以解決大量農(nóng)業(yè)廢棄物的污染問題，還可以為社會(huì)創(chuàng)造更多的財(cái)富，有助于緩解環(huán)境問題和能源危機(jī)。稻殼由于富含天然無定型結(jié)構(gòu)Si02，是制備目前應(yīng)用最廣泛和工業(yè)化產(chǎn)量最大的無機(jī)納米材料、納米白炭黑的理想材料。
稻殼是自然界所有生物物種中Si02含量最大的，這些Si02主要以無定型態(tài)存在于稻殼或稻殼灰中，可以在較為溫和的條件下從稻殼或稻殼灰中分離出來，是一種理想的硅源，而且制備硅基材料時(shí)能耗低、成本小，可以制備出各種Si02類產(chǎn)品，例如白炭黑、納米白炭黑、氣凝膠、硅膠等。稻殼由于富含無定型狀態(tài)的Si02，是制備白炭黑、沸石、分子篩等硅質(zhì)化工品的理想材料，其中的金屬化合物和碳質(zhì)成分的含量則是制約這些硅質(zhì)化工品性能的主要因素。以稻殼基白炭黑為例，稻殼中金屬雜質(zhì)和碳質(zhì)成分的含量直接影響著白炭黑產(chǎn)品的純度及其使用性能。因此，對稻殼進(jìn)行適當(dāng)?shù)那疤幚恚蕴岣叩練せ钚?，降低稻殼中金屬雜質(zhì)或者碳質(zhì)成分的含量對稻殼中硅質(zhì)成分的利用有著非常重要的作用。目前關(guān)瓜稻殼中納米白炭黑的提取仍處在初始研究階段，已有的技術(shù)或者產(chǎn)品性能單一，雜質(zhì)含量高，或者反應(yīng)條件苛刻，難于控制，能量消耗大，或者粒徑較大，分散性很差，故而限制了該制備技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。
由于納米白炭黑有極大地比表面積和表面能，在制備過程中由于粒子間普遍存在的范德華力、庫侖力甚至是化學(xué)鍵作用，極易發(fā)生團(tuán)聚，使得粉體粒子不能以納米粒級均勻而穩(wěn)定分散，導(dǎo)致應(yīng)用時(shí)應(yīng)有的性能降低或者失去。傳統(tǒng)稻殼基白炭黑及納米白炭黑的制備方法存在著產(chǎn)品性能單一、產(chǎn)品純度低、粒徑粗大、易于團(tuán)聚等問題，尤其是產(chǎn)品粒子的團(tuán)聚與分散問題是目前納米白炭黑應(yīng)用研究中的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對目前傳統(tǒng)稻殼基納米白炭黑，性能單一、純度低、粒徑粗大、易團(tuán)聚的弊端，提供了一種將稻殼用溫水浸漬，再經(jīng)酸洗后研磨成粉，將得到的稻殼粉和微生物混合發(fā)酵，經(jīng)高溫?zé)峤庵频眉{米白炭黑的方法。本發(fā)明通過水浸、酸洗去除稻殼中的金屬雜質(zhì)、灰分等，提高納米白炭黑純度，經(jīng)研磨后和微生物反應(yīng)進(jìn)一步去除其中的有機(jī)成分，并利用微生物發(fā)酵多糖在白炭黑表面形成一層保護(hù)膜，減少其表面羥基間的作用力，使其不會(huì)相互團(tuán)聚變大，最后經(jīng)高溫?zé)峤馊コ龤堄嚯s質(zhì)，最終得到納米白炭黑，解決了傳統(tǒng)稻殼基納米白炭黑純度低、粒徑粗大、易團(tuán)聚的問題，具有極佳的分散性。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用技術(shù)方案是：
（1）稱取1～2kg稻殼裝入鐵鍋中，向鐵鍋中加入去離子水直至將稻殼完全浸沒，對鐵鍋加熱升溫至30～40℃，保溫浸泡過夜，待稻殼浸泡完成后，過濾分離去除濾液，得濾渣，將其移入剛玉研缽中研磨15～20min后過60目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到稻殼粉末；
（2）按固液為1:10，將上述所得稻殼粉末加入質(zhì)量濃度為20%檸檬酸溶液中，連接回流裝置后，加熱升溫至120～130℃，保溫酸洗回流3～5h后，倒入布氏漏斗，用蒸餾水抽濾洗滌直至洗滌液呈中性，收集濾渣放入烘箱，在105～110℃下干燥2～3h，得提純稻殼粉，備用；
（3）稱取15～18g蛋白胨、3～5g牛肉膏、4～6g氯化鈉、5～7g麥芽浸膏加入1000～1200mL去離子水中，用玻璃棒攪拌5～10min后，得液體培養(yǎng)基，按接種量為20%向培養(yǎng)基中接入深紅紅螺菌，隨后轉(zhuǎn)入透明玻璃罐中并密封罐口，再將玻璃罐放置在25～35℃恒溫?fù)u床上振蕩培養(yǎng)3～5天，得菌懸液；
（4）按固液比1:2，將備用的提純稻殼粉加入到上述裝有菌懸液的透明玻璃罐中，用保鮮膜將罐口密封后，將玻璃罐每天放置在日光下照射5～7h，自然發(fā)酵處理1～2周；
（5）發(fā)酵結(jié)束后將發(fā)酵產(chǎn)物放入臥式離心機(jī)中，以4000～5000r/min轉(zhuǎn)速離心分離10～15min，得下層沉淀，將下層沉淀放入半圓柱狀坩堝中，并將坩堝轉(zhuǎn)入管式電阻爐的爐膛中，以3～5mL/min流速向爐中通入氮?dú)庾鳛闊峤鈿?，再?℃/min速率程序升溫至500～600℃，保溫?zé)峤?0～70min；
（6）熱解結(jié)束后將氮?dú)馇袚Q成氧氣，并以1～3mL/min流速通入爐膛中，升高爐內(nèi)溫度至700～750℃，繼續(xù)保溫煅燒2～3h后，待其冷卻至室溫，將煅燒物碾磨得白色粉末，即高分散性納米白炭黑。
本發(fā)明制得的高分散性納米白炭黑熔點(diǎn)為1605～1610℃，密度為2.58～2.62g/cm3，拉伸強(qiáng)度≥17.5MPa，定伸強(qiáng)度≥6.6MPa，扯斷伸長度≥678%。
本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：
（1）本發(fā)明制備步驟簡單，制備過程中粒子間不易團(tuán)聚，所得產(chǎn)品純度高達(dá)99.9%以上；
（2）充分利用稻殼和微生物混合發(fā)酵制備納米白炭黑，分散性高，粒徑小。
具體實(shí)施方式
首先稱取1～2kg稻殼裝入鐵鍋中，向鐵鍋中加入去離子水直至將稻殼完全浸沒，對鐵鍋加熱升溫至30～40℃，保溫浸泡過夜，待稻殼浸泡完成后，過濾分離去除濾液，得濾渣，將其移入剛玉研缽中研磨15～20min后過60目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到稻殼粉末；再按固液為1:10，將上述所得稻殼粉末加入質(zhì)量濃度為20%檸檬酸溶液中，連接回流裝置后，加熱升溫至120～130℃，保溫酸洗回流3～5h后，倒入布氏漏斗，用蒸餾水抽濾洗滌直至洗滌液呈中性，收集濾渣放入烘箱，在105～110℃下干燥2～3h，得提純稻殼粉，備用；稱取15～18g蛋白胨、3～5g牛肉膏、4～6g氯化鈉、5～7g麥芽浸膏加入1000～1200mL去離子水中，用玻璃棒攪拌5～10min后，得液體培養(yǎng)基，按接種量為20%向培養(yǎng)基中接入深紅紅螺菌，隨后轉(zhuǎn)入透明玻璃罐中并密封罐口，再將玻璃罐放置在25～35℃恒溫?fù)u床上振蕩培養(yǎng)3～5天，得菌懸液；按固液比1:2，將備用的提純稻殼粉加入到上述裝有菌懸液的透明玻璃罐中，用保鮮膜將罐口密封后，將玻璃罐每天放置在日光下照射5～7h，自然發(fā)酵處理1～2周；發(fā)酵結(jié)束后將發(fā)酵產(chǎn)物放入臥式離心機(jī)中，以4000～5000r/min轉(zhuǎn)速離心分離10～15min，得下層沉淀，將下層沉淀放入半圓柱狀坩堝中，并將坩堝轉(zhuǎn)入管式電阻爐的爐膛中，以3～5mL/min流速向爐中通入氮?dú)庾鳛闊峤鈿?，再?℃/min速率程序升溫至500～600℃，保溫?zé)峤?0～70min；最后熱解結(jié)束后將氮?dú)馇袚Q成氧氣，并以1～3mL/min流速通入爐膛中，升高爐內(nèi)溫度至700～750℃，繼續(xù)保溫煅燒2～3h后，待其冷卻至室溫，將煅燒物碾磨得白色粉末，即高分散性納米白炭黑。
實(shí)例1
首先稱取1kg稻殼裝入鐵鍋中，向鐵鍋中加入去離子水直至將稻殼完全浸沒，對鐵鍋加熱升溫至30℃，保溫浸泡過夜，待稻殼浸泡完成后，過濾分離去除濾液，得濾渣，將其移入剛玉研缽中研磨15min后過60目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到稻殼粉末；再按固液為1:10，將上述所得稻殼粉末加入質(zhì)量濃度為20%檸檬酸溶液中，連接回流裝置后，加熱升溫至120℃，保溫酸洗回流3h后，倒入布氏漏斗，用蒸餾水抽濾洗滌直至洗滌液呈中性，收集濾渣放入烘箱，在105℃下干燥2h，得提純稻殼粉，備用；稱取15g蛋白胨、3g牛肉膏、4g氯化鈉、5g麥芽浸膏加入1000mL去離子水中，用玻璃棒攪拌5min后，得液體培養(yǎng)基，按接種量為20%向培養(yǎng)基中接入深紅紅螺菌，隨后轉(zhuǎn)入透明玻璃罐中并密封罐口，再將玻璃罐放置在25℃恒溫?fù)u床上振蕩培養(yǎng)3天，得菌懸液；按固液比1:2，將備用的提純稻殼粉加入到上述裝有菌懸液的透明玻璃罐中，用保鮮膜將罐口密封后，將玻璃罐每天放置在日光下照射5h，自然發(fā)酵處理1周；發(fā)酵結(jié)束后將發(fā)酵產(chǎn)物放入臥式離心機(jī)中，以4500r/min轉(zhuǎn)速離心分離10min，得下層沉淀，將下層沉淀放入半圓柱狀坩堝中，并將坩堝轉(zhuǎn)入管式電阻爐的爐膛中，以3mL/min流速向爐中通入氮?dú)庾鳛闊峤鈿猓僖?℃/min速率程序升溫至500℃，保溫?zé)峤?0min；最后熱解結(jié)束后將氮?dú)馇袚Q成氧氣，并以1mL/min流速通入爐膛中，升高爐內(nèi)溫度至700℃，繼續(xù)保溫煅燒2h后，待其冷卻至室溫，將煅燒物碾磨得白色粉末，即高分散性納米白炭黑。
本發(fā)明制備步驟簡單，制備過程中粒子間不易團(tuán)聚，所得產(chǎn)品純度高達(dá)99.92%；充分利用稻殼和微生物混合發(fā)酵制備納米白炭黑，高分散性，粒徑?。恢频玫母叻稚⑿约{米白炭黑熔點(diǎn)為1605℃，密度為2.58g/mL，拉伸強(qiáng)度為17.5MPa，定伸強(qiáng)度為6.6MPa，扯斷伸長度為678%。
實(shí)例2
首先稱取2kg稻殼裝入鐵鍋中，向鐵鍋中加入去離子水直至將稻殼完全浸沒，對鐵鍋加熱升溫至35℃，保溫浸泡過夜，待稻殼浸泡完成后，過濾分離去除濾液，得濾渣，將其移入剛玉研缽中研磨18min后過60目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到稻殼粉末；再按固液為1:10，將上述所得稻殼粉末加入質(zhì)量濃度為20%檸檬酸溶液中，連接回流裝置后，加熱升溫至125℃，保溫酸洗回流4h后，倒入布氏漏斗，用蒸餾水抽濾洗滌直至洗滌液呈中性，收集濾渣放入烘箱，在108℃下干燥3h，得提純稻殼粉，備用；稱取16g蛋白胨、4g牛肉膏、5g氯化鈉、6g麥芽浸膏加入1100mL去離子水中，用玻璃棒攪拌8min后，得液體培養(yǎng)基，按接種量為20%向培養(yǎng)基中接入深紅紅螺菌，隨后轉(zhuǎn)入透明玻璃罐中并密封罐口，再將玻璃罐放置在30℃恒溫?fù)u床上振蕩培養(yǎng)4天，得菌懸液；按固液比1:2，將備用的提純稻殼粉加入到上述裝有菌懸液的透明玻璃罐中，用保鮮膜將罐口密封后，將玻璃罐每天放置在日光下照射6h，自然發(fā)酵處理2周；發(fā)酵結(jié)束后將發(fā)酵產(chǎn)物放入臥式離心機(jī)中，以4500r/min轉(zhuǎn)速離心分離13min，得下層沉淀，將下層沉淀放入半圓柱狀坩堝中，并將坩堝轉(zhuǎn)入管式電阻爐的爐膛中，以4mL/min流速向爐中通入氮?dú)庾鳛闊峤鈿?，再?℃/min速率程序升溫至550℃，保溫?zé)峤?0min；最后熱解結(jié)束后將氮?dú)馇袚Q成氧氣，并以2mL/min流速通入爐膛中，升高爐內(nèi)溫度至725℃，繼續(xù)保溫煅燒3h后，待其冷卻至室溫，將煅燒物碾磨得白色粉末，即高分散性納米白炭黑。
本發(fā)明制備步驟簡單，制備過程中粒子間不易團(tuán)聚，所得產(chǎn)品純度高達(dá)99.95%；充分利用稻殼和微生物混合發(fā)酵制備納米白炭黑，高分散性，粒徑小；制得的高分散性納米白炭黑熔點(diǎn)為1608℃，密度為2.60g/mL，拉伸強(qiáng)度為21.8MPa，定伸強(qiáng)度為9.3MPa，扯斷伸長度為691%。
實(shí)例3
首先稱取2kg稻殼裝入鐵鍋中，向鐵鍋中加入去離子水直至將稻殼完全浸沒，對鐵鍋加熱升溫至40℃，保溫浸泡過夜，待稻殼浸泡完成后，過濾分離去除濾液，得濾渣，將其移入剛玉研缽中研磨20min后過60目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到稻殼粉末；再按固液為1:10，將上述所得稻殼粉末加入質(zhì)量濃度為20%檸檬酸溶液中，連接回流裝置后，加熱升溫至130℃，保溫酸洗回流5h后，倒入布氏漏斗，用蒸餾水抽濾洗滌直至洗滌液呈中性，收集濾渣放入烘箱，在110℃下干燥3h，得提純稻殼粉，備用；稱取18g蛋白胨、5g牛肉膏、6g氯化鈉、7g麥芽浸膏加入1200mL去離子水中，用玻璃棒攪拌10min后，得液體培養(yǎng)基，按接種量為20%向培養(yǎng)基中接入深紅紅螺菌，隨后轉(zhuǎn)入透明玻璃罐中并密封罐口，再將玻璃罐放置在35℃恒溫?fù)u床上振蕩培養(yǎng)5天，得菌懸液；按固液比1:2，將備用的提純稻殼粉加入到上述裝有菌懸液的透明玻璃罐中，用保鮮膜將罐口密封后，將玻璃罐每天放置在日光下照射7h，自然發(fā)酵處理2周；發(fā)酵結(jié)束后將發(fā)酵產(chǎn)物放入臥式離心機(jī)中，以5000r/min轉(zhuǎn)速離心分離15min，得下層沉淀，將下層沉淀放入半圓柱狀坩堝中，并將坩堝轉(zhuǎn)入管式電阻爐的爐膛中，以5mL/min流速向爐中通入氮?dú)庾鳛闊峤鈿猓僖?℃/min速率程序升溫至600℃，保溫?zé)峤?0min；最后熱解結(jié)束后將氮?dú)馇袚Q成氧氣，并以3mL/min流速通入爐膛中，升高爐內(nèi)溫度至750℃，繼續(xù)保溫煅燒3h后，待其冷卻至室溫，將煅燒物碾磨得白色粉末，即高分散性納米白炭黑。
本發(fā)明制備步驟簡單，制備過程中粒子間不易團(tuán)聚，所得產(chǎn)品純度高達(dá)99.98%；充分利用稻殼和微生物混合發(fā)酵制備納米白炭黑，高分散性，粒徑??；制得的高分散性納米白炭黑熔點(diǎn)為1610℃，密度為2.62g/mL，拉伸強(qiáng)度為25.5MPa，定伸強(qiáng)度為13.6MPa，扯斷伸長度為705%。