稻壳灰沉淀法制备白碳黑工艺的研究

第１７卷第２期黑龙江八一农垦大学学报１７（２）：６３～６６２００５年４月Ｊ．ｏｆＨｅｉｌｏｎ百ｉａｎｇＡｕｇｕｓｔＦｉｒＳｔＬａｎｄＲｅｃｌ锄ａｔｉｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉ够Ａｐｒ．２００５
文章编号：１００２—２０９０（２００５）０２—００６３－０４
稻壳沉淀法制备白炭黑工艺的研究
阮长青（１．黑龙江八一农垦大学，大庆１６３３１９；１，马军喜２，崔素萍１，何海霞３
２．完达山乳业股份有限公司８５１１事业部；３．哈尔滨冠邦食品有限公司）
摘要：以稻壳为原料，ＮａｏＨ、Ｈ。

ｓｏ，为活化剂，采用沉淀法对白炭黑制备的工艺进行了研究。

结果表明，采用沉淀法制各自炭黑的工艺条件为：稻壳灰酸化时加酸速度为０．０４ｍＬ／ｇ・ｍｉｎ，碱化处理时间为５．５ｈ，稻壳灰与４０％Ｎａ０Ｈ溶液配比为ｌ：１．５，助剂硫酸钠及苯甲醇加入量分别为２．Ｏ％和１．５％。

产物的比表面积为２１９．３ｍ２／ｇ；提取率（白炭黑：稻壳灰，白炭黑：稻壳）分别为５５．２％、１０．７％。

产品经红外光谱进行了表征，质量检测结果符合国家标准。

关键词：稻壳；白炭黑；制备
中图分类号：Ｔ０４２４．２文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＳｉＩｉｃａ
ｂｙＰｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｔｈＲｉｃｅＨｕｓｋ
ＲＵＡＮＣｈａｎｇ－ｑｉｎｇ，ＭＡＪｕｎ－ｘｉ，ＣＵＩＳｕ－ｐｉｎｇｅｔａ１．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＳｉｌｉｃａｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｒｉｃｅｈｕｓｋａｓｔｈｅｒａｗｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｓｏｄｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅａｎｄｓｕｌｆ．ｕｒｉｃａｃｉｄａｓｔｈｅａｃｔｉＶａｔｉｎｇａｇｅｎｔｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｗｈｅｎｕｓｉｎｇｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｔｏｐｒｅｐａｒｅｓｉｌｉｃａｐｉｇｍｅｎｔ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄ０．０４ｍＬ／ｇ・ｍｉｎ，ｔｈｅｔｉｍｅｏｆａｌｋａｌｉｚａｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｂｅ５．５ｈ，ｔｈｅａｌｌｏｃａｔｅｄｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｒｉｃｅｈｕｓｋａｓｈａｎｄｔｈｅ４０％ｓｏｄｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅｓｏＩｕｔｉｏｎｓｈｏｕＩｄｂｅ１：１．５，ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙａｄｄｅｄｔｏｔｈｅａｃｃｅｓｓｏｒｙｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｏｆｓｏｄｉｕｍｓｕｌｆａｔｅａｎｄｂｅｎｚＯｉｃａｌｃｏｈＯｌｓｈｏｕｌｄｂｅ２．０％ａｎｄ１．５％ｌｉｋｅｔｈｉｓ，ｔｈｅｅｘｔｅｒｉｏｒａｒｅａＯｆｔｈｅｐｒＯｄｕｃｔｗｏｕｌｄｂｅ２１９．３ｍｚ／ｇ，ｔｈｅｒａｔｅｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ（ｓｉｌｉｃａｐｉｇｍｅｎｔ／ｒｉｃｅｈｕｓｋａｓｈ，ｓｉｌｉｃａｐｉｇｍｅｎｔ／ｒｉｃｅｈｕｓｋ）ｒｅｓｐｅｃｔｉＶｅｌｙｗｏｕｌｄｂｅ５５．２％ａｎｄ１０．７％．ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｉｌｉｃａｗａｓｃｏｎｎｒｍｅｄｂｙＩＲｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｗａｓｃＯｎｆｂｒｍｅｄｔｏｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｉｃｅｈｕｓｋ；ｓｉｌｉｃａ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ
０前言
白炭黑，又名沉淀二氧化硅，分子式Ｓｉ０。

．油漆、油墨、造纸、农药及牙膏等行业不可缺少的白色补强填料ｎ１。

ｎＨ。

０，白色无定形微细粉末，质轻。

是橡胶、塑料、的优良助剂，特别是在橡胶工业，白炭黑已成为最佳
稻壳是大米加工的主要副产物，约占稻谷重量的２０％。

稻壳中含有１５％～２０％的无定形水合二氧化硅，其它成分主要为碳氢化合物。

稻壳中含硅较高，采用不完全燃烧热解稻壳可得到的稻壳灰中二氧化硅的含量在５０％～６０％左右、碳３５％～４０％左右。

笔者曾确定了由稻壳制备油脂脱色剂一一稻壳炭的工艺参数乜１，本文在此基础上，将稻壳制备稻壳炭的另一副产物一一硅酸钠采用沉淀法进一步处理，以制备重要的化工原料——白炭黑。

实验仪器及材料
１．１仪器
ＨＪ一１型磁力加热搅拌器（江苏金坛国华仪器厂）；７０Ｄ一４型电热干燥箱（大连实验设备厂）；Ｓｘｚ一１２—１０箱式电阻炉（上海实验电炉厂）：７２２一Ｓ分光光度计（上海分析仪器总厂）；ＨＺＧＡ卜７１６０收稿日期：２００５—０卜１８
项目来源：黑龙江省农垦总局科技局课题“水稻深加工综合利用技术研究”部分研究内容（ＨＫＫ９５一０３—０卜０４）。

作者简介：阮长青（１９６８一），男，副教授，东北农业大学硕士研究生毕业，现从事食品营养与安全的教学与科研工作。

６４黑龙江八一农垦大学学报第１７卷全温振荡培养箱（哈尔滨市东联电子技术有限公司）；ＩＲ—１０３９９Ｅ型傅立叶变换红外光谱仪（美国）。

１．２材料及试剂
稻壳：黑龙江兴凯湖米业集团第二制米厂。

Ｎａ０Ｈ溶液：Ｈ。

Ｓ０。

溶液（分析纯）；Ｎａｚｓｏｔ溶液（分析纯）；苯甲醇（分析纯）。

２工艺流程
稻壳一水洗一烘干（１０５℃）一炭化（５００℃，１０ｈ）一粉碎（过筛）一碱化处理（通入加热蒸汽，５～６ｈ）一过
３产品检测合并滤液（Ｎａ。

Ｓｉ０。

）
Ｉ
酸化处理（一段：７５士２℃；二段：８５士２℃）
Ｉ
熟化（９５～１００℃，１．５ｈ）一过滤一水洗一烘干一煅烧一粉碎一白炭黑
白炭黑产品指标检测按ＨＧ／Ｔ３０６卜１９９９进行。

利用傅立叶变换红外光谱仪进行红外光谱分析，扫描速度２ｃｍ，Ｘ范围４０００～４００ｃｍ～，Ｙ范围：０％～４０％。

４实验方法
４．１正交实验设计
选用碱化处理时间、酸化处理加酸速度、稻壳与碱液配比、硫酸钠、苯甲醇加入量作为主要影响因子，各因素均选四个水平。

采用五因素四水平Ｌ，。

（４５）设计正交实验∞１（表１）。

表１因素水平编码表
４．２白炭黑的制备
稻壳经除杂后，用自来水洗涤ｌ～２次，于１０５℃下烘干至恒重，在６００℃温度下隔绝空气加热１０ｈ后，取出冷却至室温，称重、粉碎，过筛（４０目）。

将稻壳灰与碱液按比例加入烧瓶中，通入蒸汽５～６ｈ后，溶液表面出现一层胶状物质，至溶液浓度达５。

Ｂ６左右时，停止加热并冷却至８０℃，抽滤，用热水洗涤滤渣，合并母液与滤液于锥形瓶中，加入少量硫酸钠、苯甲醇，控温７５士２℃，８０ｒ／ｍｉｎ，用分液漏斗加入４０％硫酸，控制滴加速度为０．０２～０．０８ｍＬ／ｇ．ｍｉｎ，约３０ｍｉｎ后，产生白色胶状沉淀，停止加酸，继续搅拌１０ｍｉｎ，至ｐＨ＝１０．０，控温８５土２℃，改用２０％硫酸滴加，至ｐＨ＝２．５～３．Ｏ时，停止加酸，搅拌１０ｍｉｎ，至ｐＨ值不再改变，继续控温９５～１００℃并搅拌，熟化１．５ｈ。

将熟化后的胶状物质过滤并水洗至中性，干燥３～４ｈ（１１０℃）后，煅烧（６００℃）、粉碎、称重ｎ￣９１。

５结果与分析
５．１正交实验分析
五因素四水平正交实验结果见表２。

第２期阮长青等：稻壳沉淀法制备白炭黑工艺的研究６５
极差分析结果表明，影响其表面积的因素的主次顺序为Ｂ＞Ａ＞Ｄ＞Ｃ＞Ｅ，即显著性因子为酸化处理时的加酸速度，其次是碱化处理的反应时间。

稻壳处理制取的白炭黑表面积最大的最佳工艺条件为Ａ。

Ｂ。

Ｃ。

Ｄ。

Ｅ。

，即碱化处理的时间为５．５ｈ，酸化处理的加酸速度为０．０４ｍＬ／ｇ．ｍｉｎ，稻壳灰与４０％碱液的配比为１．０：１．６，助剂硫酸钠和苯甲醇的加入量分别为２．０％、１．５％。

５．２较佳实验条件的验证结果
根据正交极差分析结果（表２），在Ａ。

Ｂ。

ＣｎＤｓＥｚ条件下进行验证实验（表３）。

结果表明：在优化条件下，产物的比表面积为２１９．３ｍ２／ｇ；提取率（白炭黑／稻壳灰，白炭黑／稻壳）分别为５５．２％、１０．７％。

表３较佳实验条件验证结果
由表４可知，沉淀法制备的白炭黑质量符合ＨＧ／Ｔ３０６卜１９９９技术标准。

黑龙江八一农垦大学学报型堕・５．３．２红外光谱分析
白炭黑红外光谱分析见图１。

１５００１０００
４０００Ｏ３０００２０００
ｃｍｌ
图１白炭黑红外光谱图
白炭黑的红外光谱图中，１１０７．３２、８１７．５０和４６５．８１ｃｍｌ的吸收带是Ｓｉ０。

的特征吸收，其中
１１０７．３２和８１７．５０ｃｍｌ处的吸收峰分别对应于Ｓｉ一０键的反对称和对称伸缩振动，４６５．８ｌｃｍｌ处的吸收峰对应于Ｓｉ—Ｏ—ｓｉ键的弯曲振动，３４６１．２５ｃｍ。

１是硅羟基和物理吸附水中０一Ｈ键的伸缩振动吸收，
ｌ６３１．３３ｃｍ。

１是物理吸附水的弯曲振动吸收。

９９３．５４ｃｍ。

和６２２．９０ｃｍｌ处的吸收峰分别属于Ｓｉ—ＯＨ键的伸缩振动和弯曲振动ｎ引。

说明白炭黑中二氧化硅的结构为无定形水合二氧化硅。

６讨论
白炭黑的制备过程应注意以下几点：
６．１稻壳粉焖烧时温度不能高于６００℃。

否则，使白炭黑表面结构破坏，降低白炭黑的吸附性。

６．２稻壳灰与氢氧化钠反应时，为提高白炭黑的收率，碱液均应过量。

６．３酸化处理时，加酸速度对产品质量和产量都有影响，应严格控制加酸的速度。

速度过快，形成
的白炭黑颗粒粗大，降低了比表面积；过慢则使白炭黑的颗粒细小、孔结构性能降低，产品干燥后
颗粒紧密而且较硬，宜采用两段加酸法，即中和水玻璃时，因水玻璃中ｐＨ较高，起始滴加４０％硫酸
溶液，当酸加到一定程度时，即有大量的白色凝胶产生时（ｐＨ≈１０．０），改用２０％的硫酸溶液处理。

以稻壳为原料制备白炭黑，不仅原料充足、价格低、能耗小、加工处理方便，而且可实现其综
合利用，是一种生产白炭黑的新方法。

参考文献：
［１］中国化工产品大全（上卷）［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９４．２６８．
［２］阮长青，张丽萍，鹿保鑫．酸性稻壳炭作为油脂脱色剂的制备及脱色工艺的实验研究［Ｊ］．牡丹江师范学院学报（自然科学版），２０００，３２（４）：１３～１６．
［３］侯化国，王玉民．正交试验法［Ｍ］．长春：吉林人民出版社，１９８５．２９～３０．
［４］柴金玲．制备白炭黑的实验条件对白炭黑粒径的影响［Ｊ］．山东师范大学学报（自然科学版），１９９８，１３（２）：１４８～１５１．
［５］哈丽丹，卢晓泉．沉淀法制取白炭黑［Ｊ］．牙膏工业，２０００，（４）：２３～２５．
［６］刘正宝，冯晖，施兵兵．制备沉淀白炭黑的工艺条件［Ｊ］．江苏化工，１９９５，２３（２）：２８～３１．
［７］邓建成，童珏，刘希．酸性硅溶胶沉淀法制备超微细活性白炭黑［Ｊ］．湘潭大学自然科学学报，１９９５，１７（２）：６１～６５．
［８］熊剑．淀白炭黑的生成机理［Ｊ］．江苏化工，２００４，（６）：３ｌ～３３．
［９］蒋晶洁．稻壳灰开发利用的研究［Ｊ］．哈尔滨师范大学学报（自然科学版），１９９５，１ｌ（１）：５０～５１．
［１０］赵秦生，李中军，刘长让．溶胶一凝胶法制备多孔ｓｉｏｚ超细粉体［Ｊ］．中南工业大学学报（自然科学版），１９９８，２９（２）：１３１～１３４．。