一种以稻壳联产木糖、白炭黑和活性炭的方法，稻壳经过水洗水煮，稀酸水解木糖；低温碳化，再与浓碱反应提取二氧化硅，利用共沉淀法制备白炭黑；固体加入氯化锌溶液低温浸泡一定时间后，再经高温活化，酸洗，水洗至中性，干燥研磨得到活性炭。本发明采用一条线分支联产木糖、白炭黑和高比表面积活性炭，木糖采用连续水解稻壳中半纤维素制备木糖工艺，提高了木糖产率，是一条较为简洁可行的木糖的制备工艺，白炭黑采用一种进化的化学共沉淀法，通过在溶液体系中加入表面活性剂保持了沉淀颗粒有较高的分散度，制备出了高纯、球状的白炭黑颗粒。活性炭采用化学活化法活化，活化温度低，有利于形成尺寸较小的碳微晶，可以制造出孔隙更发达、吸附性能更好的活性炭；本发明实现稻壳的综合充分利用，使原料使用最大化，综合投资小，工艺技术简单，容易实现工业化生产。
1.一种以稻壳联产木糖、白炭黑和活性炭的方法，其特征是稻壳经过水洗水煮，稀酸水解木糖；低温碳化，再与浓碱反应提取二氧化硅，利用共沉淀法制备白炭黑；固体加入氯化锌溶液低温浸泡一定时间后，再经高温活化，酸洗，水洗至中性，干燥研磨得到活性炭，其步骤如下：(1)将稻壳水洗干净放入加热容器内，加水搅拌加热煮沸50～90分钟，冷却过滤得滤渣，滤渣放入加热容器内，加入3～4倍的水，在搅拌下加入硫酸后开始加热至沸腾，搅拌回流200～240分钟后，冷却过滤；
(2)将步骤(1)得到的滤液放入加热容器内，加热至75～85℃，在不断搅拌的情况下加入氢氧化钙悬浊液，当溶液的pH值达到2.8～3.0时，停止加氢氧化钙悬浊液，过滤，除去硫酸钙沉淀；
(3)将步骤(2)得的滤液加入蒸发器内加热蒸发浓缩至其原体积的30～40％，降温到
70～80℃加入活性炭不断进行搅拌脱色，过滤得无色透明溶液；
(4)将步骤(3)得溶液恒温在25～30℃，采用离子交换树脂脱除有机酸；
(5)将步骤(4)得溶液放入蒸发器加热蒸发结晶，过滤，干燥得到木糖产品；
(6)将步骤(1)得滤渣用去离子水洗至中性，抽干，放入马弗炉中加热至380～420℃碳化；
(7)将步骤(6)得到的产物放入加热容器内，加入碱溶液，加热至120℃反应，回流
(8)将步骤(7)得滤液放入加热容器内，加入醇溶液和少量的表面活性剂，加热升温至
38～42℃，在不断搅拌下滴加沉淀剂，出现乳白色沉淀，抽滤，洗涤，再用醇溶液陈化不小于180分钟，静置120分钟后抽滤，干燥，加热至400～600℃焙烧60～300分钟，即得白炭黑；
(9)将步骤(7)的固体产物放入加热容器内，加入氯化锌溶液，加热至70～90℃保持浸泡700～750分钟后，倒入瓷坩埚，保留有一定的氯化锌溶液，放入马弗炉中，加热至
400～800℃下活化60～120分钟；取出冷却后立即用盐酸洗涤，过滤得固体物水洗至中性，放入加热炉加热至105～120℃下烘干，研磨得活性炭产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(1)加入的硫酸浓度为70～98％，加入量为加水量的体积分数为5.0～15.0％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(2)氢氧化钙悬浊液由氢氧化钙与水混合配成，悬浊液比重为1.1～1.7。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(7)加入的碱溶液为2～4mol/L浓度的氢氧化钠溶液。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(7)加入的碱溶液为2～4mol/L浓度的氢氧化钾溶液。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(8)加入的醇溶液为乙醇或甲醇，加入量
300～500ml；乙醇浓度为95％、甲醇浓度为99.5％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(8)加入的表面活性剂为聚乙二醇-6000，加入量体积分数为0.5～15％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(8)滴加的沉淀剂为氯化铵。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(9)加入的氯化锌溶液质量分数50～
一种以稻壳联产木糖、白炭黑和活性炭的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及化工产品制备方法，特别是一种以稻壳联产木糖、白炭黑和活性炭的方法。
背景技术
[0002] 木糖作为一种保健性食品的基料，由于人们对保健食品的需求越来越大，而木糖作为一种无热量的糖，可满足喜爱甜品的肥胖及糖尿病患者的需求，被广泛用于食品，饮料及输液中。目前，木糖的制备方法主要有中和脱酸工艺与离子交换脱酸工艺。另外木糖制备工艺还有电渗析脱酸法以及层析分离法。中和脱酸工艺与离子交换脱酸工艺是国内两套技术比较成熟的生产工艺，而离子交换脱酸工艺由于较好的解决了中和脱酸工艺的缺陷，因此在工业上有着较中和脱酸工艺更广泛的应用，但是其工艺比较复杂，离子交换树脂用量较多，设备台套多，成本投资大，增加了酸碱消耗，加大了成本。
[0003] 白炭黑主要在橡胶中用作补强剂，随着白炭黑应用领域的不断开发，非橡胶领域的应用正在获得广泛的应用，在国外，非橡胶领域的用量己上升到总用量的四分之一。目前制备纳米白炭黑的方法中，气相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法和微乳液法都存在一定的缺点：如气相法生产成本昂贵，技术要求较高；传统的沉淀法控制过程复杂，并且极易发生硬团聚，很难得到性能稳定的高质量产品；溶胶-凝胶法控制溶胶-凝胶化的参数很多，而且对参数要求较高，难以把握，而且对产品的后处理过程均有特殊的要求；微乳液法受较多因素影响，产品的粒度不易控制，难以得到粒径细小而均匀的超细颗粒。
[0004] 活性炭是一种多孔炭材料，早己广泛应用于化学工业、食品加工、交通能源、医疗卫生、农业、国防等领域，以及环境保护和人类生活等各个方面，随着科学技术的进步和国民经济的发展，特别是近年来各国政府都加强了对环境的保护和治理力度，进一步推动了活性炭的研究与开发。目前以稻壳为原料制备活性炭的方法主要有以下几种，一是气体活化法：把原料炭化以后，用水蒸汽、二氧化碳、空气、烟道气在600～1200℃下进行活化的方法。气体活化法是依靠氧化碳原子形成孔隙结构，故活性炭的收率不高，且活化温度较高，能源消耗量大。二是化学活化法：把化学药品以一定比例加入原料中，然后在惰性气体介质中加热，同时进行炭化和活化，最后又将加入的化学药剂予以回收。在活化过程中，用学药剂刻蚀含碳材料，并使其中的氢和氧等元素主要以H2O、CH4等小分子形式逸出，抑制副产物焦油的形成，可提高活性炭收率，使用的主要化学药剂有KOH、H3PO4、H2SO4、ZnCl2、NaOH等。以上方法制备活性炭设备多、工艺技术相对复杂；要求高、难把握；成本高、能耗大、污染大等问题。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点而提供一种以稻壳联产木糖、白炭黑和高比表面积活性炭的方法，降低生产成本，适于形成规模化生产。
[0006] 为实现本发明的目的，技术方案如下：
[0007] 稻壳经过水洗水煮，稀酸水解木糖；低温碳化，再与浓碱反应提取二氧化硅，利用共沉淀法制备白炭黑；固体加入氯化锌溶液低温浸泡一定时间后，再经高温活化，酸洗，水洗至中性，干燥研磨得到活性炭，其步骤如下：
[0008] (1)将稻壳水洗干净放入加热容器内，加水搅拌加热煮沸50～90分钟，冷却过滤得滤渣，滤渣放入加热容器内，加入3～4倍的水(体积比)，在搅拌下加入硫酸后开始加热至沸腾，搅拌回流200～240分钟后，冷却过滤。
[0009] (2)将步骤(1)得到的滤液放入加热容器内，加热至75～85℃，在不断搅拌的情况下加入氢氧化钙悬浊液，当溶液的pH值达到2.8～3.0时，停止加氢氧化钙悬浊液，过滤，除去硫酸钙沉淀。
[0010] (3)将步骤(2)得的滤液加入蒸发器内加热蒸发浓缩至其原体积的30～40％，降温到70～80℃加入活性炭不断进行搅拌脱色，过滤得无色透明溶液。
[0011] (4)将步骤(3)得溶液恒温在25～30℃，采用离子交换树脂脱除有机酸。
[0012] (5)将步骤(4)得溶液放入蒸发器加热蒸发结晶，过滤，干燥得到木糖产品。
[0013] (6)将步骤(1)得滤渣用去离子水洗至中性，抽干，放入马弗炉中加热至380～420℃碳化；
[0014] (7)将步骤(6)得到的产物放入加热容器内，加入碱溶液，加热至120℃反应，回流60～240分钟，冷却过滤；
[0015] (8)将步骤(7)得滤液放入加热容器内，加入醇溶液和少量的表面活性剂，加热升温至38～42℃，在不断搅拌下滴加沉淀剂，出现乳白色沉淀，抽滤，洗涤，再用醇溶液陈化不小于180分钟，静置120分钟后抽滤，干燥，加热至400～600℃焙烧60～300分钟，即得白炭黑。
[0016] (9)将步骤(7)的固体产物放入加热容器内，加入氯化锌溶液，加热至70～90℃保持浸泡700～750分钟后，倒入瓷坩埚，保留有一定的氯化锌溶液，放入马弗炉中，加热至400～800℃下活化60～120分钟；取出冷却后立即用盐酸洗涤，过滤得固体物水洗至中性，放入加热炉加热至105～120℃下烘干，研磨得活性炭产品。
[0017] 2、根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(1)加入的硫酸浓度为70～98％，加入量为加水量的体积分数为5.0～15.0％。
[0018] 3、根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(2)氢氧化钙悬浊液由氢氧化钙与水混合配成，悬浊液比重为1.1～1.7。
[0019] 4、根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(7)加入的碱溶液可为2～4mol/L浓度的氢氧化钠溶液。
[0020] 5、根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(7)加入的碱溶液可为2～4mol/L浓度的氢氧化钾溶液。
[0021] 6、根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(8)加入的醇溶液为乙醇或甲醇，加入量300-500ml；乙醇浓度为95％、甲醇浓度为99.5％。
[0022] 7、根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(8)加入的表面活性剂为聚乙二醇-6000，加入量体积分数为0.5～15％。
[0023] 8、根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(8)滴加的沉淀剂为氯化铵。
[0024] 9、根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(9)加入的氯化锌溶液质量分数50～90％，加入量为渣液比为1∶2～3。
[0025] 本发明与现有技术相比，具有下述优点和有益效果：
[0026] 本发明采用一条线分支联产木糖、白炭黑和高比表面积活性炭，木糖采用连续水解稻壳中半纤维素制备木糖工艺，提高了木糖产率，水解液糖浓度高，是一条较为简洁可行的木糖的制备工艺，白炭黑采用一种进化的化学共沉淀法，稻壳灰与碱反应的滤液为原料，通过在溶液体系中加入表面活性剂保持了沉淀颗粒有较高的分散度，防止了颗粒间的凝聚长大现象，制备出了高纯、球状的白炭黑颗粒。活性炭采用化学活化法活化，不需要在惰性气体等的保护下活化，活化温度低，有利于形成尺寸较小的碳微晶，容易形成细的孔隙结构，可以制造出孔隙更发达、吸附性能更好的活性炭，且该活化法碳的损失小，炭的相对得率高；本发明实现稻壳的综合充分利用，使原料使用最大化，综合投资小，工艺技术简单，容易实现工业化生产。
具体实施方式
[0027] 下面结合实施例对本发明作进一步详述：
[0028] 实施例1：
[0029] (1)将40克稻壳水洗后放入加热容器内，加水搅拌加热煮沸50分钟，冷却过滤得滤渣，滤渣放入三口烧瓶内，加入3倍的水(体积比)，在搅拌下加入20ml浓度为80％硫酸，加热至沸腾，搅拌回流200分钟，冷却过滤。滤液放入400ml的烧杯内，加热至75℃，在不断搅拌的情况下加入比重为1.1的氢氧化钙悬浊液，当溶液的pH值达到2.8时，停止加氢氧化钙悬浊液，过滤除去硫酸钙沉淀。将滤液加入旋转蒸发器内加热蒸发浓缩至其原体积的30％，降温到70℃加入活性炭不断进行搅拌脱色，过滤得无色透明溶液，将溶液在25℃用离子交换树脂脱除有机酸，经旋转蒸发器加热蒸发结晶，过滤，干燥得到木糖产品。
[0030] (2)将步骤(1)得滤渣用去离子水洗至中性，抽干，放入马弗炉中加热至380℃碳化；得到的产物放入500ml的烧杯内，加入200ml浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液，加热至120℃反应，回流60分钟，冷却过滤，固体物留步骤(3)用，滤液放入500ml的三口烧瓶内，加入10ml98％的乙醇溶液和3g的聚乙二醇-6000，加热升温至38℃，在不断搅拌下滴加氯化铵，出现乳白色沉淀，抽滤，洗涤，再用乙醇溶液陈化180分钟，静置120分钟后抽滤，干燥，加热至400℃焙烧60分钟，即得白炭黑。
[0031] (3)将步骤(2)的留用固体产物放入加热容器内，加入200ml质量分数为50％氯化锌溶液，加热至70℃保温浸泡750分钟后，倒入150ml的瓷坩埚，保留有一定的氯化锌溶液，放入马弗炉中，加热至400℃下活化120分钟；取出冷却后立即用盐酸洗涤，过滤得固体物水洗至中性，放入加热炉加热至105℃下烘干，研磨得活性炭产品。
[0032] 实施例2：
[0033] (1)将40克稻壳水洗后放入加热容器内，加水搅拌煮沸90分钟，冷却过滤得滤渣，滤渣放入三口烧瓶内，加入4倍的水(体积比)，在搅拌下加入20ml浓度为80％硫酸，加热至沸腾，搅拌回流240分钟后，冷却过滤。滤液放入400ml的烧杯内，加热至85℃，在不断搅拌的情况下加入比重为1.7的氢氧化钙悬浊液，当溶液的pH值达到3.0时，停止加氢氧化钙悬浊液，过滤除去硫酸钙沉淀。将滤液加入旋转蒸发器内加热蒸发浓缩至其原体积的40％，降温到80℃加入活性炭不断进行搅拌脱色，过滤得无色透明溶液，将溶液在30℃用
