专利名称：由含硅的植物物质回收有用产物及能量的方法
由含硅的植物物质回收有用产物及能量的方法发明背景1. 发明领域所公开并要求权利的本发明涉及一种用于通过环保型工艺从含硅的植物物质(siliceous plant matter)回收有用产物和能量的方法。更特别的， 本文陈述的本发明涉及诸如无定形二氧化硅、木质素、半纤维素、纤维素 衍生糖等产物的回收，及通过避免大气碳化作用净增长并减少氧化氮和硫 排放物的方法从包括稻壳、秆和叶等含硅植物的可再生资源回收热能。此 外，通过改变本发明的某些步骤，其专业人员能够选择性地控制由所公开 发明制备的无定形二氧化硅的"质量"(即具有更高或更低的碳含量、更 多或更少的无机残留物及更高或更低的孔隙率)。此外，本文的发明可用 于制备更高纯度(基本无碳元素、有机和无机杂质)和孔隙率(每单位重 量更大表面积)的无定形二氧化硅，其之前不能够通过热解从含硅的植物 物质提取。2. 相关技术的描述无定形二氧化硅目前被制备、销售并用于许多目的。但是，除Shipley 的美国专利号No.6,406,678之外，目前制备无定形二氧化硅所通过的方法 导致来自外部供应能源的大量能量消耗、大量碳、氧化氮和硫排放物被引 入大气中和/或利用高污染的化学物质(背景信息见Shipley的美国专利号 No.6，406,678和Stephens等的美国专利号N0.6,375，735中陈述的关于用于 制备无定形二氧化硅的各种其他技术的讨论)。此外，如见于含硅的植物 物质中的，无定形二氧化硅以晶格状结构存在，紧密地与各种有机化合物 (诸如纤维素、木质素、半纤维素)及各种无机化合物(包括盐、凝胶、 水合物和铁、钾、4丐和钠的氧化物)交织在一起。通过热解去除这些有机和无机的化合物(因此产生有用的热能)，以便留下基本纯的具有高孔隙 率的无定形二氧化硅(如同其于植物物质中所存在的)，已成为难以解决 的问题。如果植物物质于低温被热解，碳和有机杂质的去除通常是不完全 的。较高温度下的热解引起二氧化硅的晶格状结构熔化，减少其孔隙率(每 单位重量的有效表面积)并使杂质截留在所述结构内。更高温度下的热解 引起不合乎需要的二氧化硅的结晶。单独热解对于去除无机杂质作用不 大。如果二氧化硅在热解过程中被熔化，热解后从二氧化硅去除无机杂质 是困难的。另一方面，由诸如稻壳等含硅的植物物质制造能量(例如，见Pitt的美国专利号No.3,959,007)具有某些局限性。也就是说，可以用另外方式 回收的木质素、半纤维素、纤维素衍生的糖及其他有用的有机化合物在燃 烧中被毁坏。这些有机化合物的燃烧导致增加的氧化氮和硫排放物。此外， 对与燃烧产物接触的表面(诸如蒸气锅炉的水管)往往会以玻璃涂覆，以 便减少上述锅炉回收热能的效率。此外，所得的含硅的灰含有大量碳、有 机和无机杂质，使上述灰的应用受到限制。然而，上述二氧化硅可溶解于 水玻璃中，之后从其沉淀出相对纯的无定形二氧化硅，上述方法使用大量 能量，采用苛刻(harsh)和污染的化学物质，且所得无定形二氧化硅保 留过多水分而不适于在各种应用中使用(诸如，在室温下硅橡胶产物趋向 于延迟固化)。本文公开的发明提供了一种方法，通过所述方法可以环境友好型(不 使大气碳化、降低氧化氮和硫排放物并且不涉及高污染化学物质的使用) 的方式从含硅的植物物质(诸如稻壳、秆及叶)提取选定特性(包括碳、 无机杂质的量和孔隙率)的无定形二氧化硅；还可以提取木质素、半纤维 素、纤维素衍生的糖和有用的能量。发明目的本发明的首要目的是提供一种方法，借助其可将目前经常被认为是食 品生产的无用副产物的可再生含硅的植物物质用于有益的用途，也就是既 用于诸如二氧化硅，尤其是具有大孔隙率的高纯度无定形二氧化硅、木质
素、半纤维素和纤维素衍生糖等有用的有形产物的制备，也用于有用能量 的制造。本发明的另一个首要目的是提供一种用于以环境友好型方式制备 所述有形产物和有用能量的方法，即不使大气碳化，不依赖于灰、污染的 化学物质的使用并比当前使用的方法具有更少的氧化氮和硫排放物。本发 明的另外目的是提供一种方法，通过所述方法可根据需要选择性地控制由 所述方法产生的无定形二氧化硅的质量(即碳、无机化合物的量和孔隙 率)。发明概述本文描述的方法涉及通过不使大气碳化、减少氧化氮和硫排放物并且 不采用苛刻、污染的化学物质的方法，制备各种产物(诸如硅、木质素和 半纤维素、纤维素衍生糖)和有用能量的含硅的植物物质(诸如稻壳、秆 及叶)的有益用途。根据所需终产物的性质和质量，可以于热解前使含硅的植物物质经受下述过程浸渍于水中，分离浸渍水并处理固体以引起碳氢化合物的还原 和/或无机化合物的去除。木质素、半纤维素、纤维素衍生糖可以从用于 浸渍和/或浸泡含硅的植物物质的水回收。在氧存在下，固体热解产生含 硅的灰。通过改变热解前的步骤和热解温度，所得含硅的灰可以选择性地 含有或多或少的无定形或结晶的硅、或多或少的碳、或多或少的无机残留 物并具有所需的孔隙率。热解前的处理可以选择性地包括浸渍于水中；去除浸渍水；通过浸 泡于含有氧化溶质的水溶液中而还原有机化合物固体；通过浸泡于含有螯 合剂、无机和/或有机酸的水溶液中而增溶无机化合物固体；及漂洗并干 燥这些固体。剩余的固体之后在氧存在下，通常于引起结晶二氧化硅形成 的温度之下的温度进行放热热解。来自热解的热量可被截留用于其有益用 途，包括电能的产生。热解后，所得含硅的灰(包括无定形二氧化硅)可 以水洗涤和/或施以各种化学漂洗以便去除更多杂质。木质素、半纤维素 和纤维素衍生糖可以从所述浸渍水回收。通过热解前去除木质素、半纤维 素、纤维素衍生糖，由热解产生的氧化氮和硫排放物被减少。通过改变本
文所公开方法的步骤，不同规格的二氧化硅可选择性的被制备。 附图简要说明
图1是由所公开发明包括的用于从含硅的植物物质回收二氧化硅、木 质素、半纤维素、纤维素衍生糖和热能的步骤的示意图，所述步骤中的一 些步骤是可选的。发明优选实施方式尽管本发明将参考优选实施方式进行描述，但是本领域技术人员应理 解可以做出各种变化且同等物可以替换其要素而不脱离本发明的范围。此外，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导而不脱离其 实质范围。因此，其意图在于本发明不限于预期用于实施本发明的最佳方 式的所公开的特定实施方式，相反地本发明将包括所附权利要求范围之内 的所有实施方式和其法律同等物。本发明的工作产品是含硅的植物物质。尽管稻壳、秆及叶因为他们的 高含量无定形二氧化硅而是优选的，但其他含硅的植物物质，包括竹类、象草(elephant grass )和/或硅藻藻类也可以通过本文公开的发明处理。图l是本发明包括的各步骤的示意图(其中一些是可选的)，其用于 处理含硅的植物物质以制备二氧化硅、木质素、半纤维素、纤维素衍生糖 和热能；而不依赖于外部能源、不使大气碳化、不使用苛刻、污染的化学 物质并减少氧化氮和碌排方文物。如图1中步骤1示出的，本发明的第一优选步骤是清洗含硅的植物物 质以去除异物，诸如石头、污块、砂和其他杂质。稻壳的例子中，该步骤 优选地通过筛分和洗涤完成。因为水是相对廉价的，因此洗涤将优选地以 水完成。水可含有表面活性剂以有助于去除杂质。根据含硅物质和于特定 场所可利用的资源的性质，用于清洗含硅的植物物质的其他方法对于本领 域技术人员将是已知的。如通过图2的步骤2示出的，本发明优选实施方式的第二步骤是由基
本不污染植物物质的方法将含硅的植物物质分为小颗粒。较小的颗粒更易于通过含有化学物质的液体(chemical bearing liquid)浸湿、浸泡、穿透 并在本发明的随后步骤中被热解。本领域技术人员将了解用于分开含硅的 植物物质而不引入污染物的各种方法包括磨粉、破碎、粉碎、研磨等等。如图1中步骤3示出的，本发明优选实施方式的第三步是将植物物质 浸渍于水中，所述水优选地在有效时间长度内升高温度。尽管关于含硅的 植物物质浸渍于水中产生有益效果的确切方式并没有明确写在权利要求 中，但认为其达到下述结果使含硅的植物物质的结构浸湿并膨胀(从而 使其更易于被随后的水性化学处理(water borne chemical treatments)渗 透)；去除水溶性无机化合物(防止它们在热解过程中使二氧化硅熔化(fluxing)并构成由热解产生的终产物二氧化硅的污染物)；并将某些有 机化合物(诸如来自含硅的植物物质的木质素、半纤维素和纤维素衍生糖) 悬浮或溶解到水悬浮液或溶液中(其使植物物质的含硅结构更易于^^皮随后 的化学浴渗透)以制备浸渍水，而诸如木质素、半纤维素和纤维素^"生糖 等有用的有机物质可以从该浸渍水分离；以及通过热解前去除一些有机化 合物而使热解产生较少的氧化氮和硫排放物)。然而，于所述方面没有确 切写在权利要求中，但认为无定形二氧化硅以晶格状或蜂窝状结构存在于 含硅的植物物质中，所述结构被长链有机物质(诸如木质素和纤维素)和 各种无机物质(诸如铁、钾、钓、钠和其他金属凝胶、水合物等)直接(intimately)穿透。本发明的一个目的是提供一种通过不引起植物物质的 无定形二氧化硅熔化(flux)并因此而"闭合"(成为较小孔隙率)的方式 从含硅的植物物质去除非含硅的有机和无机化合物的方法。通常，这通过 含硅的植物物质的热解前化学处理完成，下文作出更完整的描述，其中 a)去除该物质的无机化合物，这些无机化合物在氧存在下的低温热解过程 中会转化为引起所述物质的无定形二氧化硅熔化的化合物(诸如金属氧化 物)，及b)将所述物质的自然产生的有机化合物(其在氧存在下低温热 解不被挥发)还原为其他有机化合物(其在氧存在下通过低温热解主要作 为二氧化碳挥发)。以上描述的步骤3主要涉及制备含硅的植物物质以便 促进这些化学处理。无论将含硅的植物物质浸渍于水中的确切方式是什 么，均观察到在接近水沸点的温度下浸渍含硅的植物物质约1或更多小时
可加速并改善随后化学处理的结果。此步骤的副产物是含有诸如木质素和半纤维素等有用有机化合物的浸渍7JC ( steep water)的形成；通过过滤、离心和/或本领域技术人员已知 的其他方法，所述化合物可从浸渍水被回收(如图1步骤10示出的)。 此外，热解前，去除木质素和半纤维素及水溶性有机化合物，结果是热解 过程中氧化氮和硫排放物的减少。本发明优选实施方式的步骤4和5 (图1中示出)是将剩余固体浸泡 于增溶金属化合物和其他上述无机杂质的水溶液中(步骤4 )和/或将所述 材料浸泡于含有氧化溶质的水溶液。本发明这两步骤的任一个可与本发明 的步骤3 (以上所述)组合，使其彼此或(即使非优选的)以相反顺序被 执行。即例如，仅以实例方式，本发明步骤3的水可含有溶质柠檬酸，该 柠檬酸通过螯合作用使金属化合物增溶(如由步骤4说明的)，因此同时 完成本发明的"浸渍含硅的植物物质"(步骤3)及"增溶含硅的植物物 质的金属化合物"(步骤3 )的步骤。通过另外的实例方式，氧化溶质(诸 如以实例方式的过氧乙酸)可以作为溶质被添加(从而满足本发明步骤5 的条件)，因此本发明的步骤3、 4和5通过将含硅的植物物质浸渍于含 有柠檬酸(增溶剂)和过氧乙酸(氧化剂)的水中而同时完成。尽管本发明的步骤4和5可以被组合，及那些步骤的任一或两者与本 发明步骤3组合的事实，仍应被理解的是本发明的步骤4和5具有不同目 的，并实现不同结果。通过理解这些步骤各自的目的和结果，对本领域技 术人员很明显的是这些步骤各自的修改可被做出以选择性地制备不同的 终产物，及不同质量的终产物。第一个例子中，指出如果本发明的步骤3和4同时地、连续地^f皮完成， 但不去除浸渍水，之后步骤4的酸于适宜温度会将浸渍水的半纤维素水解 为纤维素衍生糖，如通过图1的步骤11示出的。还指出即通过水溶液(其溶液溶解增溶的化合物)增溶含硅的植物物 质的金属化合物的步骤4具有其他功能。也就是含硅的植物物质于热解之 前去除金属化合物增加由热解产生的无定形二氧化硅的孔隙率，允许热解 在更高温度(不产生无定形二氧化硅的熔化)下进行且得到更纯的无定形
二氧化硅(具有更少无机杂质)。尽管关于于其热解前增溶含硅的植物物质的金属化合物而产生的无 定形二氧化硅比没有该步骤而被制备的无定形二氧化硅具有更高孔隙率 (每单位重量更高的表面积)的确切方式没有明确写在权利要求中，但认 为是含硅的植物物质可能含有诸如凝胶和水合物等的金属化合物，其在热解时一皮转化为金属氧化物，并且所述氧化物起熔剂(fluxingagent)的作用， 其引起植物物质的无定形二氧化硅的结构(其在自然状态下是相当多孔 的，通常超过每克几百平方米)于相当低的温度(800。C以下)下熔化， 变成至少部分"闭合"，从而具有较少的孔。通过去除至少一些这样的金 属化合物(于之后溶解其的水溶液中使其增溶)，相信可在特定温度下避 免或减少此熔化和/或将其延迟到更高温度(该更高温度增加由热解产生 的热能的回收效率)。此外，金属化合物通常会被认为是由热解产生的无 定形二氧化硅的不期望的杂质并需要去除它们，因而步骤4提供了于热解前完成所述去除的方式(得到来自热解的更纯的无定形)。例如，仅通过实例方式，当热解前根据本发明的步骤4处理时，由稻 壳(rice hills)热解产生的无定形二氧化硅已被指出从约20至40平方米/ 克增加到多达300至400平方米/克。 一些情况下，由热解产生的无定形 二氧化硅具有低孔隙率而无关紧要。假如这样，通过使用更弱的溶液、或 于更低温度下或在更短的时间段，本发明的此步骤可被省略或调整。本发明的优选实施方式中，柠檬酸是本发明步骤4的优选增溶溶质。 但其他水溶性螯合剂，包括乙二胺、乙二胺四乙酸("EDTA，，)和二巯 基丙醇，以及本领域技术人员已知的其他水溶性螯合剂可以被使用。可替 换的，除螯合剂之外，不溶解二氧化硅的无机和/或有机酸可^^皮使用来替 换所述螯合剂。应务必选择自身不构成最终二氧化硅产物的不期望污染的 或不改变其二氧化硅的表面化学的有机或无机酸。类、土壤及其他生长条件而变化，所以不可能规定用于各种含硅的植物物 质的确切溶质浓度，但对于含硅的植物物质热解前由其去除的每摩尔无机 化合物而言将通常是二分之一至一摩尔螯合剂( 一些螯合剂截留多于一摩
尔摩尔比的杂质)。对于所得无定形二氧化硅的最高化学纯度和孔隙率， 于柠檬酸的例子中，至少一摩尔或更多溶质将被用于存在于含硅的植物物 质中的每摩尔无机氧化物。如果期望或允许更低的化学纯度和孔隙率，可如前所述，两种其他有益效果被指明由去除无机化合物而产生。也就 是，热解可于更高温度下进行(其对于回收热能通常是更有效的)而不使 无定形二氧化硅熔化，且所得终产物(无定形二氧化硅)含有要通过热解 后处理而处理的较少杂质。如图1示出的本发明的步骤5将不被讨论。本发明的步骤5涉及在氧 存在下于相当低温度(500°C至900。C )通过热解将不易于挥发的含硅物 质的有机化合物还原为在氧存在下于上述温度通过热解易于挥发(主要为 二氧化碳)的化合物。为此，步骤5包括热解前将含硅的植物物质浸泡于 含有氧化溶质的水溶液中。尽管热解前将含硅的植物物质浸泡于含有氧化 溶质的水溶液中而于热解过程中去除有机化合物的方式没有确切写入权 利要求，但认为溶液的氧化剂起类似于"化学剪刀"的作用，其将植物物 质的较长链碳氢化合物"切割"为较短链的碳氲化合物，该较短链的碳氢 化合物在氧存在下于植物物质热解过程中易于挥发(主要是二氧化碳)。 虽然任何有效的氧化剂在将生物材料的长链碳氢化合物还原为在有氧情 况下于热解过程中更易于挥发的化合物的方面显示为有效的，但应务必选 择经济的、相对安全的、易于使用的，并且自身不会对热解后保留的终产 物(无定形二氧化硅)构成不期望的化学残留物的溶质。因此，虽然本发 明包括许多氯酸盐、高氯酸盐、硝酸盐、高锰酸盐和某些过氧化物化合物 (诸如芬顿试剂)，但它们并不是优选的。过氧乙酸是优选的氧化溶质， 因其中的乙酸催化过氧化氢，并且其残留物易于通过漂洗被去除。但过氧 化氢是最优选的氧化剂，因为其被消耗之后，水是其仅有的残余物。如果 处理壳过程中，过氧化物没有完全被消耗，则通常情况下为了确保植物物 质的有机材料完全还原，使剩余的氧于短时期内自发地放气，可以通过加 热、机械搅拌、电解或各种其他已知方法来加速所述放气过程。根据植物物质的性质(诸如植物种类、其可被分得多么细致、预浸泡
时间和温度等)和终产物所需特性，氧化溶质的强度、含硅的植物物质暴 露于所述溶质的时间及温度可以被改变。也就是说，浸泡含硅的植物物质 于水溶液中的步骤涉及碳和碳化合物的量，其在随后继续的使含硅的植物 物质热解的步骤之后将保留于无定形二氧化硅中。因此，如果实际上不含 碳的无定形二氧化硅被期望作为终产物，则应在升高的温度下和/或在更 长时间段内使用更强的氧化溶液以确保热解前含硅的植物物质的碳氬化 合物分子完全还原。温度和氧化溶液浓度，其均可以通过将少量被处理的壳放置到暴露于空气的加热(近似600。C)金属板上而容易地确定。如果含硅的植物物质几秒内氧化为基本不含碳的二氧化硅的精细的、纯的白色灰，那么已发生碳氢 化合物的完全还原。如果检测出任何含碳残留物(其作为黑色"斑点"是 可见的和/或其可通过实验室试验被发现)，那么额外的还原被需要(如 果基本不含碳的无定形二氧化硅是所需终产物)。另一方面，如果需要或 可接受无定形二氧化硅中存在一些碳残留物，那么可在更低温度下和/或 在更短时间段内使用较弱的氧化溶液。实际上，如果从终产物(无定形二 氧化硅)去除碳是完全没有必要的，则可省略将含硅物质浸泡于含有氧化 溶质的水溶液中的步骤。如图l步骤6示出的，如上述浸泡含硅的植物物质的结论，优选以水 冲洗被处理的物质以便去除保留在物质上或浸湿所述物质的浸渍水中的 无机化合物。如果非常高纯度的二氧化硅被期望作为终产物，则根据特定 地点可利用的水的质量，可以优选用水来沖洗所述植物物质而不是^f吏用已 被过滤的、去离子或甚至蒸馏水来冲洗所述植物物质。沖洗植物物质之后， 于热解前其优选地被干燥(如图1步骤7所示出的)。现通过改变本发明步骤4和5可见的是，其操作人员可以选择性的控 制根据本发明制备的无定形二氧化硅的质量。也就是说，通常如果从终产物的不完全的碳去除是可接受的，那么使含硅的植物物质浸泡于含有氧化 溶质的溶液中的步骤通过在所述方面(更弱的溶液、于更低温度下、或在 更短时间段内)进行更少的处理而省略或调整。另一方面，如果相对低孔 隙率的无定形二氧化硅是可接受的终产物，那么使含硅的植物物质浸泡于 使无机化合物增溶的水溶液中的步骤可通过在所述方面(使用更弱的溶 液、于更低温度下、或在更短时间段内)进行更少的处理而省略或调整。 虽然在大多数情况下，需要基本不含碳的、高孔隙率的及含有较少有机和 无机残留物的无定形二氧化硅，但是当这是不期望或不必要时，所述方法 可被改变以制备所需要或必要的特定质量的无定形二氧化硅。继以上处理之后，所处理的含硅的植物物质在氧存在下于控制的温度(优选的在500°C - 900°C范围内，但低于1,600°C )进行热解(如图1步 骤8示出的)。含硅的植物物质在低于900。C的温度下热解将得到无定形 形式的二氧化硅。在超过1000°C的温度下，可以预期形成一些结晶二氧 化硅。超过1，600。C,基本所有的二氧化硅均可能结晶。通过在任一上述 温度下热解而产生的二氧化硅没有可检测到的水含量。热解过程中释放的热量(以热气的形式)可以通过本领域技术人员公 知的几种方法回收。热解前从含硅的植物物质去除无机化合物的一个不明 显的优点是减少这些热气覆盖热交换器表面(该表面与二氧化硅碰撞)的 趋势，从而降低这些表面交换热量的效率(水管热交换器中，其"玻璃固 化(glassification )"在燃烧的未处理的含硅的植物物质中被观察到)。热解后所得无定形二氧化硅可受到可以含有螯合剂、氨、无机和有机 酸或碱性溶质的各种浴和/或漂洗(通过图1步骤9示出的)，以促进可 能存留于此处的任何残留物的去除。于下文陈述关于本发明的其他几种不明显的情况。有氧情况下含硅的 植物物质的热解是产生可用热能的放热过程，所述热能超出由所述过程消 耗(诸如加热浸泡溶液)的热能，并且因此构成独立于化石燃料或外部能 源的可再生能源。还有，此多余能量是可利用的而不引起大气的净碳化(当 含硅的植物物质重新生长时，将热解过程中被释放到大气中的碳从大气回 收)。因此，诸如稻谷等作物不仅成为食物源，而且是不产生大气净碳化 的可再生能源。还有，热解前去除木质素和半纤维素与在相当低温度(通 常在500。C - 900°C范围内，但低于1,600°C )下进行热解的组合，使得在 目前所用的蒸气发生设备中燃烧未处理稻壳(rice hill)产生更少的氧化氮 排放物。不仅如此，而且从浸渍水回收的木质素和半纤维素自身也是具有 独立价值的有用产品。因此，根据本文公开并要求权利的方法，可以采用 含硅的植物物质来生产各种高度有用的产品，包括无定形二氧化硅(可选 择性控制质量的)、木质素、半纤维素、纤维素衍生糖及热能，而不产生 大气碳化并且比由燃烧未使用如本文描述方法处理的含硅的植物物质而 产生的那些具有更少的氧化氮排放物。虽然以上说明含有某些具体的实施方式，但这些具体的实施方式不应 理解为对本发明范围的限定，而是作为其一个优选实施方式的例证。因此， 本发明的范围应不仅取决于示出的实施方式，而且取决于所附权利要求及 其法律等同物。
权利要求
1. 一种用于由含硅的植物物质制备所需孔隙率无定形二氧化硅的方法，其包括以下步骤浸泡所述含硅的植物物质于水溶液中，所述水溶液包括用于使对制备 所需孔隙率无定形二氧化硅是有效的、选定量的水不溶性金属化合物增溶 的物质；从所述含硅的植物物质去除所述水溶液；及 此后，在氧存在下热解所述含硅的植物物质。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述用于使所述水不溶性金属化 合物增溶的物质是与选定量的水不溶性金属化合物反应以形成水溶性化 合物的选定量的溶质。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述溶质包括螯合剂。
4. 如权利要求2所述的方法，其中所述溶质包括与无定形二氧化硅 不起反应的无机酸。
5. 如权利要求2所述的方法，其中所述溶质包括与无定形二氧化硅 不起反应的有机酸。
6. 如权利要求3所述的方法，其中所述螯合剂选自由柠檬酸、乙二 胺、乙二胺四乙酸("EDTA，，)和二巯基丙醇组成的组。
7. 如权利要求3所述的方法，其中所述螯合剂包括柠檬酸。
8. 如权利要求2所述的方法，其还包括于所述在氧存在下热解所述 含硅的植物物质的步骤之前浸泡所述含硅的植物物质于含有氧化溶质的 水溶液中的步骤。
9. 如权利要求3所述的方法，其还包括于所述在氧存在下热解所述 含硅的植物物质的步骤之前浸泡所述含硅的植物物质于含有氧化溶质的 水溶液中的步骤。
10. 如权利要求4所述的方法，其还包括于所述在氧存在下热解所述含硅的植物物质的步骤之前浸泡所述含硅的植物物质于含有氧化溶质的 水溶液中的步骤。
11. 如权利要求5所述的方法，其还包括于所述在氧存在下热解所述 含硅的植物物质的步骤之前浸泡所述含硅的植物物质于含有氧化溶质的 水溶液中的步骤。
12. 如权利要求6所述的方法，其还包括于所述在氧存在下热解所述 含硅的植物物质的步骤之前浸泡所述含硅的植物物质于含有氧化溶质的 水溶液中的步骤。
13. 如权利要求8所述的方法，其中所述氧化溶质选自由过氧化物、 氯酸盐、高氯酸盐、硝酸盐和高锰酸盐组成的组。
14. 如权利要求9所述的方法，其中所述氧化溶质选自由过氧化物、 氯酸盐、高氯酸盐、硝酸盐和高锰酸盐组成的组。
15. 如权利要求IO所述的方法，其中所述氧化溶质选自由过氧化物、 氯酸盐、高氯酸盐、硝酸盐和高锰酸盐组成的组。
16. 如权利要求11所述的方法，其中所述氧化溶质选自由过氧化物、 氯酸盐、高氯酸盐、硝酸盐和高锰酸盐组成的组。
17. 如权利要求12所述的方法，其中所述氧化溶质选自由过氧化物、 氯酸盐、高氯酸盐、硝酸盐和高锰酸盐组成的组。
18. 如权利要求13所述的方法，其中所述氧化溶质包括过氧乙酸。
19. 如权利要求14所述的方法，其中所述氧化溶质包括过氧乙酸。
20. 如权利要求15所述的方法，其中所述氧化溶质包括过氧乙酸。
21. 如权利要求16所述的方法，其中所述氧化溶质包括过氧乙酸。
22. 如权利要求17所述的方法，其中所述氧化溶质包括过氧乙酸。
23. 如权利要求2所述的方法，其中所述含硅的植物物质在500。C至 800°C范围之间的温度下被热解。
24. 如权利要求2所述的方法，其中所述含硅的植物物质在低于 950°C的温度下,皮热解。
25. 如权利要求2所述的方法，其中所述含硅的植物物质在低于 1000。C的温度下^f皮热解。
26. 如权利要求2所述的方法，其中所述含硅的植物物质在低于 1600°C的温度下^^皮热解。
27. 如权利要求8所述的方法，其中所述含硅的植物物质在500。C至 800°C范围之间的温度下被热解。
28. 如权利要求8所述的方法，其中所述含硅的植物物质在低于 950°C的温度下一皮热解。
29. 如权利要求8所述的方法，其中所述含硅的植物物质在低于 1000。C的温度下^t热解。
30. 如权利要求8所述的方法，其中所述含硅的植物物质在低于 1600°C的温度下^^皮热解。
31. 如权利要求13所述的方法，其中所述含硅的植物物质在500。C 至800。C范围之间的温度下被热解。
32. 如权利要求13所述的方法，其中所述含硅的植物物质在低于 950。C的温度下纟皮热解。
33. 如权利要求13所述的方法，其中所述含硅的植物物质在低于 1000°C的温度下一皮热解。
34. 如权利要求13所述的方法，其中所述含硅的植物物质在低于 1600。C的温度下被热解。
35. 如权利要求8所述的方法，其还包括在所述浸泡所述含硅的植物 物质于含有氧化溶质的水溶液中的步骤之前浸渍所述含硅的植物物质于 水中的步-骤。
36. 如权利要求35所述的方法，其还包括从所述浸渍所述含;圭的植 物物质于水中的步骤产生的浸渍水回收木质素的步骤。
37. 如权利要求35所述的方法，其还包括从所述浸渍所述含硅的植 物物质于水中的步骤产生的浸渍水回收半纤维素的步骤。
38.率的无定形二氧化硅和热能的方法，其包括以下步骤浸渍含硅的植物物质于水中；从所述含硅的植物物质分离所述浸渍水；从所述浸渍水分离至少部分所述木质素和/或半纤维素；浸泡所述含硅的植物物质于水溶液中，所述水溶液包括用于使对制备 选定孔隙率无定形二氧化硅有效的量的水不溶性金属化合物增溶的物质； 及在氧存在下热解所述含硅的植物物质； 回收至少部分由所述热解产生的所述热能；及回收至少部分灰，所述灰包括所述热解产生的选定孔隙率的无定形二 氧化硅。
39.如权利要求38所述的方法，其还包括于所述热解所述含硅的植 物物质的步骤之前浸泡所述含硅的植物物质于含有氧化溶质的水溶液中 的步骤。
全文摘要
本文公开的方法中，将含硅的植物物质(siliceous plant matter)浸渍于水中、浸泡于含有使无机氧化物增溶的选定量的溶质的水溶液中、浸泡于含有氧化溶质的水溶液中、漂洗、干燥并且之后进行热解以制备高孔隙率、低碳、水和无机杂质含量的无定形二氧化硅。所述方法的实施还产生有用的能量，而且不产生大气碳化作用，并比目前所用方法具有更少的氧化氮和硫排放物。木质素、半纤维素和纤维素衍生糖可以从浸渍水(steepwater)中回收。通过改变本文所公开方法的步骤，无定形二氧化硅的所需孔隙率、碳、水和无机杂质可选择性地被控制。
文档编号C01B33/12GK101146744SQ200680009310
公开日2008年3月19日 申请日期2006年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者拉里·W·施普雷 申请人:国际硅石技术公司