專利名稱：利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法
技術領域：
本發明涉及稻殼的回收利用技術領域，具體地指一種利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法。
背景技術：
我國是世界上稻谷生產第一大國，2008年水稻種植面積大約達到4. 3億畝，總產量約I. 89億噸，能產生近4000萬噸的稻殼，而全球每年的稻殼總量達到6800多萬噸。稻殼由水、有機質(木質素、纖維素、半纖維素)、無定型二氧化硅，還有少量金屬離子組成。稻殼在以前往往只磨成糠添加到飼料中，隨著科學技術不斷發展，稻殼利用不斷有新的突破，隨之誕生了許多新的產業模式，稻殼發電、稻殼氣化制油、稻殼制備納米產品等，其中非常重要的一個應用產業為利用稻殼制取納米二氧化硅。現有利用稻殼制備二氧化硅的方法為，先將稻殼用強酸(如鹽酸、硫酸、硝酸等)煮沸，再用超純水洗滌，然后將其鍛燒，去除大部分雜質，再經過強酸浸洗和高純水洗滌，進一步降低雜質含量，待干燥后，經生物質電廠在一定條件下燃燒發電或化學熱分解后，生成產物為納米二氧化硅。上述方法中采用強酸煮和浸洗稻殼的作用在于去除稻殼中的金屬離子。這是因為稻殼中的金屬離子是以吸附方式存在稻殼里，在酸性條件下可以從稻殼里分離出來。但是，強酸酸性大，易對人體造成傷害、和產生污染環境，且利用其處理稻殼后得到的廢水無法直接排放，需要大量的后續處理工序以去除強酸，才能達到排放要求，所以該方法欠缺經濟性。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術欠缺經濟性的缺陷，提供一種高效、環保、經濟性好的利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法。為實現上述目的，本發明所設計的利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，是在蓄水反應池底部設有用于排放工業煙氣的氣體分散裝置，將稻殼裝袋并拋入所述蓄水反應池內，將袋裝稻殼壓入水面下，然后由氣體分散裝置將工業煙氣噴入池內，利用蓄水反應池內的水壓，使工業煙氣中的二氧化碳在水中溶解度增大，溶解度為100克水溶I克二氧化碳，生成的碳酸溶液和稻殼中的金屬離子發生反應生成沉淀物，反應完畢后，清洗稻殼并用無鹽水清洗擠壓，脫去稻殼上吸附的金屬離子。優選地，所述蓄水反應池的深度為6 10m。蓄水反應池需具有適宜的深度，滿足從池底噴出的工業煙氣中的二氧化碳在水中溶解形成濃度適當的碳酸。優選地，所述氣體分散裝置上開設有使水體橫向或縱向渦旋攪動的噴氣孔，且工業煙氣從所述噴氣孔中噴出 。水體旋動時，可進一步增加二氧化碳氣體在水中的分散程度，以增加碳酸的形成，利用氣體噴射使水體渦旋攪動的實現方式可為將多個噴氣孔環形排布，向外側切向噴氣等，為常用技術手段，此處不作贅述。
優選地，所述噴氣孔高于池底I. 5m以上。由于碳酸和稻殼在反應過程中會產生沉淀，為了避免沉淀堵塞噴氣孔，將噴氣孔設置在距離池底I. 5m以上的位置。優選地，所述噴氣孔的孔徑大小為0.005 0.012_。氣體從噴氣孔噴出時，符合拉普拉斯公式，既球形液面附加壓強與表面張力系數成正比，與球面半徑成反比；當表面張力系數一定時，半徑越小，附加壓強越大。噴頭孔徑越小，噴出的氣泡越小，當小的二氧化碳氣泡從噴氣嘴噴出后，氣泡增大，而表面張力迅速減小，氣泡破裂，從而增大二氧化碳與水接觸面積，提高水中碳酸形成速度。優選地，所述氣體分散裝置上設置有多個微孔曝氣頭，且工業煙氣從所述微孔曝氣頭中噴出。微孔曝氣頭同樣是增加二氧化碳在水中溶解度的一種方式，可直接由市售購得。本發明所設計的另一種利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，是在反應罐下部設置有帶微孔曝氣頭的氣體分布器，氣體分布器下方的反應罐的罐壁上設有循環液出口，在反應罐頂部設置有氣體出口、底部設置有沉淀物出口，在反應罐的上部設置有液體分布器；使用所述反應罐時，先在反應罐內裝填稻殼和水，并保持氣體出口為關閉狀態，工業煙氣從氣體分布器上的微孔曝氣頭中噴出，利用反應罐內的工業煙氣本身的壓力，使工業煙氣中的二氧化碳在水中的溶解度增大，溶解度為100克水溶4克二氧化碳，生成的碳酸溶液和稻殼中的金屬離子發生反應生成沉淀物，反應完畢后，清洗稻殼并用無鹽水清洗擠壓，脫去稻殼上吸附的金屬離子。上述利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法的原理為利用工業煙氣中的二氧化碳溶解在水中生成碳酸，酸化稻殼，與其中的鋁、鈣、鎂、鐵、錳等金屬離子反應生成難溶鹽，反應沉淀物主要為金屬碳酸鹽或者氧化物，從而能高效地去除稻殼中的金屬離子。二氧化碳(CO2)是非極性分子，但可以溶于極性較強的溶劑中，其溶解度大小與溫度、壓力和溶劑的性質有關，二氧化碳的溶解度隨溫度的升高而減少，常溫常壓下飽和水溶液中所溶解的二氧化碳的體積與水的體積比約為I : 1，大部分二氧化碳是以結合較弱的水合物分子形式存在的，只有一小部分形成碳酸，而該濃度的碳酸無法處理大批量的稻殼。當二氧化碳氣體壓力低于0. 5MPa時，其溶解度與壓力成正比，超過0. 5MPa時，由于碳酸的形成，壓力升高時，二氧化碳溶解度增加的幅度將會增大，所以要增加水中碳酸的濃度，以滿足去除稻殼中金屬離子的要求，提高二氧化碳的氣體壓力是關鍵。為了增加二氧化碳在液面上的平衡壓力，可采用三種方式一種是利用水壓，第二種是選取一些氣體分散裝置，第三種是選用封閉容器增加容器內液面上的氣壓。本發明所提供的設置蓄水反應池的方法即是利用水壓和氣體分散裝置來提高水中二氧化碳的溶解度，而設置反應罐的方法是利用封閉容器來使容器內的液面上的二氧化碳達到高壓力，促使二氧化碳氣體溶解。設置蓄水反應池來去除稻殼中金屬離子的方法具有處理稻殼總量大、設備簡單、操作容易的特點，可脫去稻殼中金屬離子及附著的灰塵等雜質，用于稻殼初次粗處理。設置反應罐來去除稻殼中金屬離子的方法具有條件可控、二氧化碳溶解度大、處理稻殼效率高的特點，用于稻殼二次精處理。與現有利用強酸去除金屬離子的方法相比較，本發明的優勢在于
一、碳酸酸性弱，對環境污染小，而且采用含有大量二氧化碳的工業煙氣(包括電站煙氣或工業尾氣)來進行稻殼中金屬離子的去除反應，既節約成本，又能避免工業廢氣污染環境。一臺12MW機組生物質電廠一年產生工業煙氣總量67. 8萬噸，工業煙氣中含二氧化碳量為12 % 15 %，按10 %計算一年二氧化碳總量6. 78萬噸，能合理利用這些工業煙氣，其經濟價值可觀。二、碳酸溶液在處理稻殼的過程中，析出沉淀物之后，碳酸溶液中還含有鈉、鉀、氮、磷、硫等可溶物，這些均為植物需要的營養元素，可將該碳酸溶液直接作為植物的營養液，反應沉淀物用于建筑或作為材料添加劑等用途，不造成水體污染。而強酸在處理完稻殼之后，直接排放會造成環境污染，回收處理則成本較高，欠缺經濟性。 三、碳酸處理后的稻殼，在經過兩次清洗后，再用無鹽水清洗擠壓，然后干燥，即可直接進入生物質電廠燃燒發電或化學熱分解，生成產物為納米二氧化硅，操作簡單。而強酸處理后的稻殼還需高溫鍛燒，再經過強酸浸洗和高純水洗滌，進一步降低雜質含量，然后干燥，才能進入生物質電廠燃燒制備納米二氧化硅。本發明的有益效果將工業煙氣通入水中使它含有的二氧化碳溶于水形成的碳酸，利用碳酸和浸泡在水中的稻殼發生反應，達到去除稻殼中金屬離子的目的，處理后的稻殼經清洗和干燥之后，無需高溫煅燒，既可直接進入生物質電廠燃燒發電或化學熱分解，生成產物為納米二氧化硅。本發明將原本可能會造成環境污染的工業煙氣進行廢物再利用，環保減排，具有低污染、低能耗，高效益的循環經濟特點。


圖I為本發明中的蓄水反應池的剖視結構示意圖。圖2為圖I的俯視結構示意圖。圖3為本發明中的反應罐的剖視結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。實施例I如圖I 2所示，本發明實施例I提供了一種利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，步驟如下I、設置深度為7m、長寬均為IOOm的蓄水反應池I，在蓄水反應池I底部設有用于排放工業煙氣的25個氣體分散裝置2，氣體分散裝置2上開設有使水體橫向或縱向渦旋攪動的噴氣孔(圖未示)，且工業煙氣從噴氣孔中噴出。噴氣孔高于池底I. 5m以上，孔徑大小為0. 01mm。氣體分散裝置2上還設置有多個微孔曝氣頭，且工業煙氣從微孔曝氣頭中噴出。2、將稻殼5裝袋并拋入蓄水反應池I內，將袋裝稻殼5利用壓袋條3壓入水面下。3、生物質電廠排放的含二氧化碳的工業煙氣經過除塵設備，進入氣體總管4，然后由氣體分散裝置2噴入5. 5m深的池內，在這樣壓力作用下，工業煙氣中的二氧化碳與水體的溶解量提高為常溫常壓時的5倍，溶解度為100克水溶I克二氧化碳，生成的碳酸溶液酸化稻殼5，并與稻殼5中的金屬離子發生反應生成沉淀物，反應完畢后，清洗稻殼5并用無鹽水清洗擠壓，脫去稻殼5上吸附的金屬離子。
稻殼處理過程中，產生可溶物和反應沉淀兩類，可溶物中富含氮、磷、鉀、鈉、小分子有機物等，反應沉淀物主要鋁、鈣、鎂、鐵、錳等金屬碳酸鹽或者氧化物，反應不溶物和煙氣中的塵埃沉淀到池子底部形成沉淀層。反應池處理稻殼周期6天，經過兩次清洗后，再用無鹽水清洗擠壓，脫去稻殼中60% 75%的金屬離子，一次能處理稻殼量2500噸。實施例2如圖3所示，本發明實施例2提供了另一種利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，步驟如下設置反應罐13，其結構如圖3所示，反應罐13高15m，內容積1000m3，在反應罐13下部設置有帶微孔曝氣頭的氣體分布器7，氣體分布器7下方的反應罐13的罐壁上設有循環液出口 6，在反應罐13頂部設置有氣體出口 10，反應罐13罐底為用來收集沉淀物的錐形部9，反應罐13底部設置有沉淀物出口 8，在反應罐13的上部設置有除沫器12和液體分布器11，除沫器12設置在液體分布器11之上。使用反應罐13時,先在反應罐13內裝填稻殼5和水,稻殼5浮在水面上,其位置應在液體分布器11之下，并保持氣體出口 10為關閉狀態，工業煙氣從氣體分布器7上的微孔曝氣頭中噴出，由于封閉的罐體和微孔曝氣條件，反應罐13內的工業煙氣的壓力急劇增力口，工業煙氣中的二氧化碳與水體的溶解量達到常溫常壓時的20倍，溶解度為100克水溶4克二氧化碳，生成的碳酸溶液和漂浮其上的稻殼5反應，并通過液體分布器11噴灑在稻殼5上，碳酸和金屬離子反應生成沉淀物，反應完畢后，清洗稻殼5并用無鹽水清洗擠壓，脫去稻殼5上吸附的金屬離子。反應罐13可以脫去稻殼中80%的金屬離子,一次可以處理稻殼量100噸。將實施例I中的蓄水反應池I和實施例2中的反應罐聯合使用，蓄水反應池I作一次粗處理，反應罐13作二次精處理，再用無鹽水三次清洗擠壓，可以脫去稻殼中90%的金屬離子。對實施例1、2和兩種方法聯合使用得到的預處理后的稻殼灰組成進行分析，結果
如下表
權利要求
1.一種利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，其特征在于該方法是在蓄水反應池(I)底部設有用于排放工業煙氣的氣體分散裝置(2)，將稻殼(5)裝袋并拋入所述蓄水反應池(I)內，將袋裝稻殼(5)壓入水面下，然后由氣體分散裝置(2)將工業煙氣噴入池內，利用蓄水反應池(I)內的水壓，使工業煙氣中的二氧化碳在水中溶解度增大，溶解度為100克水溶I克二氧化碳，生成的碳酸溶液和稻殼(5)中的金屬離子發生反應生成沉淀物，反應完畢后，清洗稻殼(5)并用無鹽水清洗擠壓，脫去稻殼(5)上吸附的金屬離子。
2.根據權利要求I所述的利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，其特征在于所述蓄水反應池⑴的深度為6 10m。
3.根據權利要求2所述的利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，其特征在于所述氣體分散裝置(2)上開設有使水體橫向或縱向渦旋攪動的噴氣孔，且工業煙氣從所述噴氣孔中噴出。
4.根據權利要求3所述的利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，其特征在于所述噴氣孔高于池底I. 5m以上。
5.根據權利要求4所述的利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，其特征在于所述噴氣孔的孔徑大小為0. 005 0. 012mm。
6.根據權利要求I 4任一項所述的利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，其特征在于所述氣體分散裝置(2)上還設置有多個微孔曝氣頭，且工業煙氣從所述微孔曝氣頭中嗔出。
7.一種利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，其特征在于該方法是在反應罐(13)下部設置有帶微孔曝氣頭的氣體分布器(7)，氣體分布器(7)下方的反應罐(13)的罐壁上設有循環液出口出)，在反應罐(13)頂部設置有氣體出口(10)、底部設置有沉淀物出口(8)，在反應罐(13)的上部設置有液體分布器(11);使用所述反應罐(13)時，先在反應罐(13)內裝填稻殼(5)和水，并保持氣體出口(10)為關閉狀態，工業煙氣從氣體分布器(7)上的微孔曝氣頭中噴出，利用反應罐(13)內的工業煙氣本身的壓力，使工業煙氣中的二氧化碳在水中的溶解度增大，溶解度為100克水溶4克二氧化碳，生成的碳酸溶液和稻殼(5)中的金屬離子發生反應生成沉淀物，反應完畢后，清洗稻殼(5)并用無鹽水清洗擠壓，脫去稻殼(5)上吸附的金屬離子。
全文摘要
本發明公開了一種利用工業煙氣去除稻殼中金屬離子的方法，是在蓄水反應池底部設有用于排放工業煙氣的氣體分散裝置，將稻殼裝袋并拋入所述蓄水反應池內，將袋裝稻殼壓入水面下，然后由氣體分散裝置將工業煙氣噴入池內，利用蓄水反應池內的水壓，使工業煙氣中的二氧化碳在水中溶解度增大，生成的碳酸溶液和稻殼中的金屬離子發生反應生成沉淀物，反應完畢后，清洗稻殼并用無鹽水清洗擠壓，脫去稻殼上吸附的金屬離子。本發明將工業煙氣通入水中使它含有的二氧化碳溶于水形成的碳酸，利用碳酸和浸泡在水中的稻殼發生反應，達到去除稻殼中金屬離子的目的。本發明提供的方法具有低污染、低能耗，高效益的循環經濟特點。
文檔編號C01B33/18GK102616793SQ201210082138
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者張巖豐, 王志龍, 羅志相, 羅文學, 薛永杰, 陳義龍, 陶磊明 申請人:陽光凱迪新能源集團有限公司