(57)【要約】【課題】非晶質二酸化ケイ素を含有するバイオマスの総合利用方法を提供する。【解決手段】  この方法は、嫌気性条件下でバイオマスを熱分解する工程、発生した熱分解ガスを回収する工程、そして好気条件下で焼成し、非晶質二酸化ケイ素が得る工程を含む。バイオマスはもみ殻である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質シリカを含むバイオマスからの非晶質シリカの調整方法であって、
バイオマスを嫌気条件下で熱分解させ熱分解ガスと固体残渣を得る工程と、
前記熱分解ガスを回収する工程と、
前記固体残渣を好気条件下で焼成し非晶質シリカを得る工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記非晶質シリカを含むバイオマスは、もみ殻であることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項３】
工程A：バイオマスの熱分解の前に、バイオマスを酸洗浄し乾燥する工程、または、工程B：バイオマスの熱分解の後に、バイオマスを酸洗浄し乾燥する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項４】
前記バイオマスの酸洗浄と乾燥は、バイオマスを常温にて8〜24時間、または80℃〜100℃にて2〜6時間、酸性溶液に浸漬する工程、バイオマスを洗浄し中性にする工程、バイオマスを乾燥する工程を含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項５】
前記酸性溶液は、塩酸、硫酸、又は硝酸であり、それらの質量濃度は3〜10質量％であることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項６】
バイオマスは500〜1000℃の温度で熱分解されることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項７】
前記熱分解ガスは、CO、CO2、H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H8、C3H10、またはそれらの混合物を含むことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項８】
前記焼成は、空気の存在下で行われ、前記固体残渣の焼成温度は500〜800℃であることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項９】
前記固体残渣の焼成による熱燃焼排ガスは、熱分解のヒートサイクルのために搬送され戻されることを特徴とする、請求項１の方法。
【請求項１０】
請求項１に記載のバイオマスの熱分解の前か、または請求項２に記載の工程Aの前に、不純物除去のためにバイオマスを水で洗浄する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスの応用に関し、特にバイオマスからの非晶質シリカ（二酸化ケイ素）の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリカは天然資源に豊富に存在するが、高純度の非晶質シリカはほとんど見られない。無機材料から非晶質シリカを調製する従来の方法は、製造コストが高く、エネルギー消費が大きく、深刻な環境汚染を伴う。特許文献１には、例えばもみ殻等のバイオマスからの高純度の非晶質シリカの調整方法が開示されているが、有機物及びエネルギーの利用率はかなり低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】中国特許ZL0280729.X号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの目的は、バイオマスからの非晶質シリカの調整方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一つの実施形態に従って、バイオマスからの非晶質シリカの調整方法を提供する。この方法は、嫌気条件下でバイオマスを熱分解し熱分解ガスと固体残渣を得る工程と、熱分解ガスを回収する工程と、好気条件下で固体残渣を焼成し非晶質シリカを得る工程とを含む。
【０００６】
この実施態様において、非晶質シリカを含有するバイオマスは、もみ殻である。
【０００７】
この実施態様において、この方法はさらに、工程A：バイオマスの熱分解の前にバイオマスを酸洗浄、乾燥させる工程、または工程B：バイオマスの熱分解の後にバイオマスを酸洗浄、乾燥させる工程、を含む。バイオマスの熱分解の前にバイオマスを酸洗浄、乾燥させると、バイオマス中の金属元素を可溶性金属塩に変えることができ、水洗浄によって金属元素を取り除きやすくなる。一方、バイオマスの長鎖の有機物は減少し、続く熱分解を容易にする。
【０００８】
この実施形態において、バイオマスの酸洗浄および乾燥は、常温で8〜24時間、または、80〜100℃で2〜6時間、バイオマスを酸性溶液に浸漬する工程、バイオマスを洗浄し中性にする工程、バイオマスを乾燥する工程を含む。
【０００９】
この実施態様において、酸性溶液は、塩酸、硫酸、又は硝酸であり、それらの質量濃度は3〜10質量％である。
【００１０】
この実施態様において、バイオマスは500〜1000℃の温度で熱分解される
【００１１】
この実施態様において、熱分解ガスは、CO、CO2、H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H8、C3H10、またはそれらの混合物を含む。
【００１２】
この実施態様において、焼成は、空気の存在下で行われ、固体残渣の焼成温度は500〜800℃である
【００１３】
この実施態様において、固体残渣の焼成によって発生した熱燃焼排ガスは、熱分解のヒートサイクルのために搬送され戻される。
【００１４】
この実施態様において、この方法はさらに、バイオマスの熱分解の前又は工程Aの前に、不純物の除去のためにバイオマスを水洗浄する工程を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態による利点は、次のように要約される。非晶質シリカを含むバイオマスは嫌気条件下で熱分解される、すなわち、セルロース、ヘミセルロースおよびリグニンは熱分解され、発電または合成ガスの調整のためにリサイクルされる熱分解ガスを発生する。しかし、非晶質シリカの構造は破壊されない。得られた固体残渣は好気条件下で焼成され、残留炭素が取り除かれる。このようにして、高付加価値を有する非晶質ナノシリカが得られる。この方法は、簡単なプロセス、高いエネルギー変換率と利用率をもっており、よって、環境に優しく、省エネである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従った、非晶質シリカを含有するバイオマスからの非晶質シリカの調整方法の工程フローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施例1に従って調製した非晶質シリカの走査型電子顕微鏡（SEM）の画像である。
【図３】図３は、本発明の実施例1に従って調製した非晶質シリカのX線回折（XRD）スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１７】
図１に示すように、泥などの不純物を除去するためにもみ殻を水で洗浄し、24時間、10質量％の塩酸溶液に浸漬させ、洗浄溶液のPH値が中性になるまで繰り返し水洗した。洗浄後のもみ殻は100℃の乾燥オーブンにて乾燥し、一定の質量を得た。
【００１８】
乾燥したもみ殻は、スクリューコンベアによって熱分解炉に搬送され、嫌気条件下で600℃で熱分解され、熱分解ガスと固体残渣を得た。熱分解ガスは、浄化装置へ搬送され、浄化され保存されるか、直接、合成ガス製造のためのガス化装置に搬送されるか、または、ボイラーに搬送され発電のために燃やされた。
【００１９】
固体残渣は、焼成炉に搬送され、空気の存在下で650℃で焼成され、熱燃焼排ガスと焼成物を得た。熱燃焼排ガスは、ヒートサイクルのために熱分解炉に搬送され戻された。焼成物は粉砕され、非晶質シリカを得た。
【００２０】
ガス分析器の測定結果によれば、熱分解ガスはCO、CO2、H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H8、C3H10、またはそれらの混合物を含んでいた。図２は、この実施例で調整された非晶質シリカの走査型電子顕微鏡（SEM）の画像である。そして、図３は、この非晶質シリカのX線回折（XRD）スペクトルである。非晶質シリカは、統合されていない、球形の粒子であり、粒子径は約80nmである。
XRDスペクトルでは、特定の結晶回折ピークがないことから、このシリカは非晶構造をもつことがわかった。
【実施例２】
【００２１】
泥などの不純物を除去するためにもみ殻を水で洗浄し、24時間、5質量％の硝酸溶液に浸漬させ、洗浄溶液のPH値が中性になるまで繰り返し水洗した。洗浄後のもみ殻を110℃にて乾燥し、含水量20％以下にした。
【００２２】
乾燥したもみ殻を、スクリューコンベアによって熱分解炉に搬送し、嫌気条件下で800℃で熱分解して、熱分解ガスと固体残渣を得た。熱分解ガスは、浄化装置へ搬送され、浄化され保存されるか、直接、合成ガス製造のためのガス化装置に搬送されるか、または、ボイラーに搬送され発電のために燃やされた。
【００２３】
固体残渣は、焼成炉に搬送され、空気の存在下で800℃で焼成され、熱燃焼排ガスと焼成物を得た。熱燃焼排ガスは、ヒートサイクルのために熱分解炉に搬送され戻された。焼成物は非晶質シリカであった。
【００２４】
ガス分析器の測定結果によれば、熱分解ガスはCO、CO2、H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H8、C3H10、またはそれらの混合物を含んでいた。非晶質シリカは走査型電子顕微鏡（SEM）やX線回折（XRD）により分析され、それによって非晶質シリカは統合されていない球形の粒子であり、粒子径は約80nmであることがわかった。XRDスペクトルでは、特定の結晶回折ピークがないことから、このシリカは非晶構造をもつことがわかった。
【実施例３】
【００２５】
泥などの不純物を除去するためにもみ殻を水で洗浄し、洗浄後のもみ殻を120℃にて乾燥し、含水量を20％以下にした。乾燥したもみ殻を、スクリューコンベアによって熱分解炉に搬送し、嫌気条件下で1000℃で熱分解し、熱分解ガスと固体残渣を得た。熱分解ガスは、浄化装置へ搬送され、浄化され保存されるか、直接、合成ガス製造のためのガス化装置に搬送されるか、または、ボイラーに搬送され発電のために燃やされた。
【００２６】
固体残渣を5質量％の硫酸溶液で4時間煮沸し、洗浄水のPH値が中性になるまで、3回水で洗浄した。洗浄したもみ殻は含水量が30％以下になるまで102℃の乾燥オーブンで乾燥された。
【００２７】
その後、固体残渣は焼却炉に搬送され、空気の存在下で500℃にて焼成され、熱燃焼排ガス及び焼成物を得た。熱燃焼排ガスは、ヒートサイクルのため、熱分解炉に搬送され戻された。焼成物は非晶質シリカであった。
【００２８】
ガス分析器の測定結果によれば、熱分解ガスはCO、CO2、H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H8、C3H10、またはそれらの混合物を含んでいた。非晶質シリカは走査型電子顕微鏡（SEM）やX線回折（XRD）により分析され、それによって非晶質シリカは統合されていない球形の粒子であり、粒子径は約80nmであることがわかった。XRDスペクトルでは、特定の結晶回折ピークがないことから、このシリカは非晶構造をもつことがわかった。
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【国際調査報告】
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