[发明专利]利用含硅生物质连续化制备一氧化硅的方法

说明书

本发明提供利用含硅生物质连续化制备一氧化硅的方法，涉及纳米材料制备领域，包括以下步骤：S1、将含硅生物质装入含有惰性气体与空气混合气氛的生物质热解装置内，加热碳化生成生物质炭；S2、由生物质热解装置将生物质炭输送到与其连通的生物质炭收集装置内；S3、通过生物质炭收集装置将生物质炭间歇送入与生物质炭收集装置连通的反应装置内，加热达到预设温度后保温，生物质炭反应得到反应物；S4、将反应物从反应装置内输送到产品收集装置内，其中反应装置、产品收集装置和真空泵依次管道连通，所述反应物在产品收集装置内冷凝生成所述一氧化硅。该方法能够利用生物质能源连续化制备一氧化硅，生产方法简单，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种利用含硅生物质连续化制备一氧化硅的方法。

背景技术

随着锂离子电池向大型应用领域发展，锂离子能量密度等指标需要进一步的提升，在负极材料方面，传统的石墨负极理论比容量为372mAh/g，已经难以满足高能量密度电池的需求。硅基材料因高达4200mAh/g的理论比容量而备受关注，但硅基材料在充放电过程中，体积膨胀高达300％，导致硅基负极材料的可逆容量低，循环性能差。为了解决上述问题，提出了将硅基材料纳米化。

目前国内生产一氧化硅所采用的方式为将硅粉与二氧化硅粉混合后加热升华，冷凝后得到一氧化硅。上述工艺需用到大量的单质硅与二氧化硅，这两种材料均为不可再生的，且在开采过程中对环境污染破坏很大。

我国是农业大国，每年产生大量生物质原料，例如稻壳的每年产生量可达4000～5000万吨，稻壳中含有木质素、纤维素、多糖等碳氢氧成分，同时稻壳中二氧化硅的质量分数可达到15％～18％。稻壳在无氧环境下碳化，所得到的稻壳碳主要成分为碳与二氧化硅，且二氧化硅均匀的分布在稻壳碳中。对稻壳碳在负压环境下加热反应，可以生成一氧化硅与一氧化碳，一氧化硅是一种性能优良的锂电池负极材料。因此，以生物质原料作为工业原料的研究得到越来越多的关注，然而现有技术中，还没有提到利用生物质原料来生产一氧化硅，本发明的出现填补了这一领域的空缺。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了利用含硅生物质连续化制备一氧化硅的方法，该方法能够利用生物质能源连续化制备一氧化硅，生产方法简单，适合大规模生产。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种利用含硅生物质连续化制备一氧化硅的方法，包括以下步骤：

S1、将含硅生物质装入含有惰性气体与空气混合气氛的生物质热解装置内，加热碳化生成生物质炭；其中，生物质炭中的C含量与SiO₂含量的摩尔比为1:1.05-1.1；

S2、由生物质热解装置将所述生物质炭输送到与其连通的生物质炭收集装置内；

S3、通过所述生物质炭收集装置将所述生物质炭间歇送入与生物质炭收集装置连通的反应装置内，加热达到预设温度后保温，生物质炭反应得到反应物；

S4、将所述反应物从所述反应装置内输送到产品收集装置内，其中反应装置、产品收集装置和真空泵依次管道连通，所述反应物在产品收集装置内冷凝生成所述一氧化硅。

优选地，所述生物质热解装置内设有用于传送所述含硅生物质的传送机构，生物质热解装置对应所述传送机构第一端顶部设有用于装料的进料口，生物质热解装置对应所述传送机构第二端底部设有出料口，所述生物质炭收集装置与出料口连通。

优选地，所述真空泵排出端设有尾气处理装置，尾气处理装置包括燃烧器和布袋除尘器。

优选地，所述生物质热解装置与反应装置之间设有用于燃烧废气的燃烧装置，生物质热解装置内产生的废气进入所述燃烧装置内燃烧，燃烧产生的热量用于对反应装置供热。