郭明林 劉英杰

摘要：本文中，我們提出了一種簡單的途徑來把廢棄的稻殼制備成兩種不同的炭源。通過將稻殼進行初步水熱處理，過濾后得到稻殼殘渣和碳水化合物母液，然后將稻殼殘渣經(jīng)過高溫水熱處理得到木質(zhì)素炭源，將過濾后的母液再經(jīng)過水熱處理得到炭球炭源。這兩種不同的炭源各有各自的特點，表現(xiàn)出了不同的性能。

關(guān)鍵詞：稻殼;稻殼炭;水熱;炭球

前言

稻殼是一種非常重要的生物質(zhì)資源，不僅容易獲得而且成本很低^[1]。稻殼是一種農(nóng)副產(chǎn)品，在我國，稻殼的年產(chǎn)量很高，但是長期以來，除了用作建筑材料，初級燃料或燃燒發(fā)電的一小部分稻殼外，稻殼沒有得到很好的利用^[2]。大部分稻殼作為廢物丟棄，這不僅對資源造成了浪費，也對環(huán)境造成了污染^[3]。

稻殼的化學(xué)成分包括：木質(zhì)素、水、纖維素和SiO2等，其中，纖維素大概占到35%，木質(zhì)素大概占到22%，半纖維素大概占到20%，其余為灰分和少量有機物^[4]。其中，SiO₂骨架結(jié)構(gòu)在稻殼中以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布，木質(zhì)素和纖維素則起到在網(wǎng)絡(luò)中分布填充的作用^[5]。稻殼具有良好的韌性、低密度性（112145 kg/m³）、多孔性、高熱值（12.4514 MJ/kg）以及粗糙的質(zhì)地等特性^[6]。稻殼燃燒以后，剩余材料中的硅含量非常高。

近年來，稻殼的應(yīng)用受到了研究者的廣泛關(guān)注。Vipul Bansal^[7]等人發(fā)現(xiàn)稻殼中的無定形SiO2在室溫下可以通過真菌轉(zhuǎn)化為結(jié)晶SiO2，將稻殼外表面的蛋白質(zhì)進行燃燒可以獲得2至6nm的球形顆粒，以吸附水中的重金屬離子。我們的工作是將廢棄的稻殼經(jīng)過處理以后作為炭源，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)廢棄物的資源化利用，還降低了的生產(chǎn)成本。

1 實驗方法

利用稻殼制備兩種碳源的途徑如圖a所示，其中，稻殼的水解：稱取20g稻殼，量取100mL濃度為0.4%的HCl，準(zhǔn)備4個50mL的水熱釜，分別向每個水熱釜中加入5g稻殼和25mL HCl，平行做四個實驗。然后將4個水熱釜放到烘箱中，在150℃加熱4小時，并冷卻到室溫，然后進行過濾，得到一組稻殼渣和碳水化合物母液。其他條件不變，我們將水熱溫度分別設(shè)為130、140、150、160℃，水熱時間仍為4小時，得到4組稻殼渣和碳水化合物母液。

利用稻殼渣制備木質(zhì)素炭源：將稻殼渣烘干以后放到水熱釜中，將水熱釜放到烘箱中，在200℃加熱4小時，然后冷卻到室溫，并研磨成粉末，得到木質(zhì)素炭源。

利用碳水化合物母液制備炭球炭源：將碳水化合物母液加入到水熱釜中，放到烘箱內(nèi)，在200℃加熱4小時，然后自然冷卻到室溫并進行濾洗，室溫下干燥，得到炭球炭源。

2 結(jié)果與討論

2.1水熱溫度對稻殼水解的影響

稻殼水解是把稻殼里面的碳水化合物從稻殼當(dāng)中水解下來，在稻殼水解時掉到溶液中的是低分子的葡萄糖、戊糖等成分，剩余的是稻殼渣。經(jīng)過不同的水熱溫度處理后，將水熱以后得到的稻殼渣烘干稱重，繪制出圖b，從圖中可以看到，隨著反應(yīng)溫度的升高，剩余稻殼渣的量呈現(xiàn)出一條曲線，在溫度為150℃時剩余的稻殼渣的量最少，此時稻殼既不炭化，水解的又多，所以水解效果最好。

2.2兩種炭源的表征

稻殼渣在200℃水熱以后得到木質(zhì)素碳源的SEM圖如圖c所示，從圖中我們可以看出，經(jīng)過處理后，稻殼結(jié)構(gòu)開始變得疏松，出現(xiàn)分層現(xiàn)象，這是由于水熱升溫以后，稻殼中的多糖等成分進行炭化，使表面結(jié)構(gòu)變得層次分明。

圖d為碳水化合物母液在200℃炭化所得到的炭球炭源的SEM圖，從圖中可以看出，材料內(nèi)部由許多炭球組成，尺寸大約為3～6μm，炭球之間的分散性很好，眾多的炭球使得材料具有良好的吸附性能，可以使材料作為吸附劑。

3 結(jié)論

本文主要研究的是以稻殼為初始碳源，稻殼經(jīng)過加入低濃度HCl進行水熱處理，生成稻殼渣和碳水化合物母液，稻殼渣通過進一步處理制得木質(zhì)素炭源，母液通過進一步處理制成炭球炭源，最終制成了兩種不同的炭源。對這兩種炭源進行了表征，我們可以得出結(jié)論：

稻殼水解過程中，水熱溫度并不是越高越好，溫度低的時候，稻殼水解不完全，剩余稻殼渣的量比較多;溫度高的時候，稻殼可能會發(fā)生炭化，使得剩余稻殼渣的量比較多，當(dāng)溫度為150℃時，稻殼水解比較完全，剩余稻殼渣的量最少，也最有利于兩種炭源的制備。

參考文獻

[1] 張秀玲. 稻殼的物化特性與利用研究[J]. 中國物資再生，1993-04-01.

[2] 熊素敏，左秀鳳，朱永義.稻殼中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的測定[J].糧食與飼料工業(yè)，2005（08）：43-44.

[3] 吳彬，馬正智，周偉.從稻殼中提取制備低聚木糖研究進展[J].中國食品添加劑，2009：105-111.

[4] 林蘭英，陳志林，傅峰.木材炭化與炭化物利用研究進展[J].世界林業(yè)研究，2007（05）：24-28.

[5] 歐陽東，陳楷.稻殼灰顯微結(jié)構(gòu)及其中納米SiO_2的電鏡觀察[J].電子顯微學(xué)報，2003（05）：30-34.

[6] Ash R H. Synthesis of mixed-phase uniformly infiltrated SBA-3-like in SBA-15 bimodal mesoporous silica from rice husk ash[J]. Materials Letters，2009，63（15）：1303-1306.

[7] Vipul Bansal，Absar Ahmad，Murali Sastry. Fungus-Mediated Biotransformation of Amorphous Silica in Rice Husk to Nanocrystalline Silica[J] JournaloftheAmericanChemicalSociety，2006，128：14059-14066.