[发明专利]一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法及制品和应用

说明书

本发明涉及生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法及制品和应用，本方法先对稻壳进行热解、定向粉碎，控制其结构硅碳的比例，及纳尺度形貌和微尺度粒径。所制制品在橡胶领域具有更好的耐磨性、抗老化性，同时具有抑制和阻止颜色迁移现象发生，硫化制品不喷霜；在复合材料、改性合金材料、汽车内饰专用改性料中，除具有耐磨性和抗老化性外，同时具有较高的硬度及抗冲击性，其真实密度小于传统材料，可实现汽车应用领域的轻量化标准。本材料是稻壳热解后的稻壳炭为原料，充分利用生物质热解所产生的废料，同时生产的硅炭黑具有无毒无害、无异臭味、无刺激性气味的特性，并通过欧盟REA CH规所列的VHC、ROHS六项有害物质含量的检测。

技术领域

本发明属于生物质能源化工技术领域，具体涉及一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法及制品。

背景技术

炭黑是烃类物质经不完全燃烧或裂解生成的产物。炭黑用途广泛，除用于橡胶制品补强外，还可用于其它材料，如涂料、油漆、油墨、墨粉、电子产品、塑料、纤维、电池等领域，赋予制品所需的着色、抗紫外老化、抗静电或导电性能。我国作为农业大国，每年会有非常多的稻壳被用于热力发电等行业，所产生的稻壳炭随之被丢弃或被利用于保温行业，稻壳炭由于质量轻在暴露的环境下极易产生扬尘，给环境造成了极大的影响。

稻壳的化学组成因稻谷品种、地区、气候等因素的不同而不同，但主要成分为纤维素、半纤维素、木质素、灰分，其干基含量分别约为38％、24％、20 ％、20％，粗蛋白、脂类物含量均较低，分别约占2.5％、1％。稻壳中C、H、 O、N、S的干基含量分别约为40.7％、5.4％、0.5％、38.2％、0.15％，由此可见，稻壳所含的主要元素为C、O。稻壳中水分、灰分(主要为二氧化硅)、挥发份、固定碳分别约为4.7％、19.8％、65.3％、20.2％。其灰分高于玉米杆、棉花杆、杨树叶、杨木等绝大多数生物质，原因在于稻壳富含二氧化硅。

如能以稻壳为原料生产稻壳基硅炭黑，进而合成特定领域所需的纳微结构硅炭复合材料，这是一种新的尝试，不仅可提高稻壳炭在化工行业的利用率，也能减小稻壳炭排放对环境的影响，还能将所制稻壳基硅炭黑迅速的在各领域进行推广应用，必将具有广阔的应用前景和潜在的市场价值。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法，还提供了一种纳微结构硅炭复合材料制品以及在橡胶领域的应用，以解决获取完整稻壳形态的含硅纳微结构炭材料在应用于各领域的高性能改性、复合材料的问题。此方法制得的生物质稻壳基纳微结构炭材料不但提高了稻壳炭在化工行业的利用率，而且减小了稻壳炭排放对环境的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于生物质稻壳基纳微结构炭材料的制备方法，包括以下步骤：

A、制备稻壳基纳微结构炭材料

A1、将筛分净化后的稻壳经上料装置加入至可控的热解装置中进行选择性热解，去除焦油和杂质，热解温度控制在580℃～650℃；

A2、控制热解设备进风量及排料时间和排料料位，从而达到控制热解时间的目的；

A3、将热解后的稻壳炭经负压风送系统输送至专用的粉碎装置处进行定向粉碎，并通过分级装置控制粒度级别，得到粒径为5μm～58μm的稻壳炭粉体；

A4、得到的经粉碎筛选后的稻壳炭粉体即为稻壳基纳微结构炭材料；

B、高性能改性材料的制备

B1、将步骤A4制得的稻壳基纳微结构炭材料加入捏合设备进行高速搅拌并加温，稻壳基纳微结构炭材料的添加质量比为20～70％；

B2、当物料温度达到70～105℃时加入处理剂，高速均匀混炼，进行表面修饰或改性；

B3、将混炼好的物料进行包装或加入树脂类材料进行造粒。