CN103011894A

CN103011894A - 一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法

Info

Publication number: CN103011894A
Application number: CN2012104013660A
Authority: CN
Inventors: 税安泽; 覃东; 李云丰; 吴诚; 张勇林; 方桂金
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，以陶瓷废料、城市污泥、疏浚泥、建筑垃圾、煤渣、粉煤灰等固体废弃物或陶瓷原料为主要原料，辅以分散剂、粘结剂、发泡剂等，经成型、素烧、浸渍、烧成等工艺制成。本发明的土壤替代多孔陶瓷植草材料其形状、结构、大小易于调节，孔径大小、孔隙率可控，具有生产成本低、强度高、质量轻、环保等优点，通气、保水、保肥及土壤改良、促根壮苗性能比实际土壤及传统保水植草材料优良，无需组合其他材料即可直接用于植物的无土栽培。并且移动方便，容易将植物与基体连在一起移动。本发明制备的土壤替代多孔陶瓷也可作为土壤改良剂，用于水稻、玉米、小麦等农作物的栽培。

Description

一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法

技术领域

本发明涉及多孔陶瓷的制备方法，特别涉及一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法。

背景技术

花坪和草坪在城市生态环境中起着非常重要的作用，它们不仅减少热岛效应、温室效应及环境污染，还调节城市气候，绿化环境，增加城市景观。传统的草坪、花坪种植技术必须借助于土壤，在土壤层上播种，盖上一层土后，进行施肥、浇水等，如专利“屋顶绿化系统”（CN 101368431A）、“可移动式楼顶花草种植箱”（CN 1530444Y）和“草坪种植板”（CN 2476934Y）等。这些传统的种植方法严重依赖于土壤，而土地资源越来越匮乏，并且土壤种植方法会伴随很多杂草共生（杂草来源于土壤本身）。而且这些传统技术材料密度大，用于建筑绿化时一方面大大增加屋顶、墙体的负荷，带来超出建筑设计负载、增大坍塌风险的问题；另一方面维护工作繁重。此外，以无纺布、纤维等为无土栽培基体的可移动植草材料，如专利“无纺布毯草坪毯”（CN 2540749Y）、“地毯式草皮”（CN 2507246Y）和“栽培用无纺布毯及其在草坪毯生产和屋顶绿化施工的方法”（CN 1371596A）等，这些材料易老化、易燃，且保水性能差，需要频繁浇水等，既费工费时，维护成本又高。此外，复合式植草材料需依次铺设防护层、排水层、滤水层、保水层以及营养层（栽培基体层）等，如专利“组合式草毯”（CN 2489574Y）、“屋顶绿化的构造”（CN 101084733A）、“屋顶绿化层”（CN101311455A）等，所需材料种类多，施工繁杂，苗床的设置与更换困难。

保水型植草材料是近年国内外刚刚发展起来的新技术，可以弥补传统方法中的不足。以膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等轻型保水基质替代部分土壤，提高土壤保水性，如专利“屋顶绿化层”（CN 201078055Y）、“一种简单式屋顶绿化用强化保水基质及其使用方法”（CN 102648683A）等。但这些方法只是材料的简单组合，保水性能不高，轻型基质容易被暴雨、暴风等冲走或吹走。此外，由于它们也含有高分子材料（主要起保水或粘结作用），这些材料同样易老化，且生产成本高，保水性能差，需要频繁浇水等。

同时，现代农业中土壤盐渍化、沙化及重金属污染越来越严重，土壤改良已成为当今社会面临的最重要的课题之一。土壤改良剂的种类很多，如高分子吸水剂、生物改良剂、有机或无机固体废弃物、天然矿物等。其中多种天然非金属矿物如泥炭、海泡石、沸石、膨胀珍珠岩等具有土壤改良作用，可以改善土壤结构，提高通透性，改变酸碱度，增加保水性。但这些天然矿物资源日益紧缺，生产成本高，且性能不稳定，严重制约了其大规模的推广应用。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种生产成本低、保水性能优良的轻质高强土壤替代多孔陶瓷，无需组合其他材料即可直接用于植物的无土栽培。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）以固体废弃物或陶瓷原料为主要原料，加入分散剂和粘结剂，得到粗集料；所述固体废弃物为陶瓷废料、城市污泥、疏浚泥、建筑垃圾、煤渣、粉煤灰中的一种或两种以上；

（2）通过干压成型、注模成型或浸渍成型将粗集料制备成具有三维粗孔隙结构的多孔生坯；

（3）将多孔生坯素烧，得到多孔陶瓷素坯；

（4）将多孔陶瓷素坯浸渍入陶瓷料浆或发泡料浆中，获得细孔隙结构的陶瓷素坯；

（5）将细孔隙结构的陶瓷素坯烧成，得到土壤替代多孔陶瓷材料。

步骤（1）所述陶瓷原料为粘土、球土、石英、长石、滑石、石粉、铝矾土中的一种或两种以上。

步骤（1）所述分散剂为柠檬酸铵、三聚磷酸钠或聚丙烯酸铵中的一种或两种以上。

步骤（1）所述粘结剂为羧甲基纤维素钠或聚乙醇铵。

步骤（3）所述素烧的温度为650~1000℃，保温时间为2~720min。所述素烧为微波素烧或气氛素烧。

步骤（4）所述发泡料浆以十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠为发泡剂。

步骤（4）所述陶瓷料浆为膨胀珍珠岩或膨胀蛭石的水溶液。

步骤（5）所述烧成的温度为750~1250℃，保温时间为3~1440min。

步骤（5）所述烧成为微波烧成或气氛烧成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

（1）本发明制备的土壤替代多孔陶瓷其形状、结构和大小可根据实际要求调节，满足不同的应用要求。

（2）本发明制备的土壤替代多孔陶瓷植草材料，比实际土壤孔隙率高且孔隙可控，因此保水和缓释水性能比实际土壤及传统保水植草材料优越，同时具有很好的通气、保肥、改善土壤结构及促根壮苗等功能，极其利于植物的生长发育，且移动方便，容易将植物与基体连在一起移动到其他地方（如屋顶、墙体、阳台等各处的建筑绿化，极其方便）。

（3）本发明制备的土壤替代多孔陶瓷具有强度高、重量轻、环保、耐老化的优点。

（4）本发明制备的土壤替代多孔陶瓷做成颗粒状时可作为土壤改良剂，用于水稻、玉米、小麦等农作物的栽培。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例的土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按质量百分比，称取89%陶瓷废料，5%长石，4%工业氧化铝，0.5%柠檬酸铵分散剂，0.5%羧甲基纤维素钠粘结剂，按固含量60%添加水后，机械搅拌2h制取料浆；

（2）通过添加发泡剂以及机械搅拌产生大量气泡，注模成型后，制备成具有三维粗孔隙结构的多孔生坯。

（3）将多孔生坯在空气气氛下，900℃素烧120min，得到多孔陶瓷素坯。

（4）在水中加入50%的粒径为500μm的膨胀珍珠岩，搅拌，制备均匀的陶瓷料浆。然后把多孔陶瓷素坯浸入上述料浆中，使膨胀珍珠岩进入多孔陶瓷内部的大孔隙中，把素坯取出晾干，获得细孔隙结构的陶瓷素坯。

（5）将细孔隙结构的陶瓷素坯在空气条件下，1100℃烧成，保温10min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。

本实施例制备的土壤替代多孔陶瓷材料，通气孔隙孔径大于150μm，通气孔隙率为23%；持水孔隙孔径为10~70μm，持水孔隙为62%；抗压强度为3MPa；容重为0.55g/cm³；耐火度大于1000℃。种植水稻、草莓、长春花等，长势良好。

实施例2

（1）按质量百分比，35%城市污泥，30%疏浚泥，10%长石，4%工业氧化铝，0.5%三聚磷酸钠分散剂，0.5%聚乙醇铵粘结剂，按固含量65%添加水后，机械搅拌2h制取料浆；

（2）将聚氨酯泡沫在料浆中浸渍进行挂浆，取出后除去多余料浆，制备成具有三维粗孔隙结构的多孔生坯。

（3）将多孔生坯在空微波条件下，1000℃素烧，保温2min，得到多孔陶瓷素坯。

（4）在水中加入30%（质量百分比）的粒径为800μm的膨胀蛭石，搅拌，制备均匀的陶瓷料浆。然后把多孔陶瓷素坯浸入上述陶瓷料浆中，使膨胀蛭石进入多孔陶瓷内部的大孔隙中，把素坯取出晾干，获得细孔隙结构的陶瓷素坯。

（5）将细孔隙结构的陶瓷素坯在空气条件下，1150℃烧成，保温720min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。

本实施例制备的土壤替代多孔陶瓷材料，通气孔隙孔径大于150μm，通气孔隙率为17%；持水孔隙孔径为35~100μm，持水孔隙率为27%；抗压强度为4.3MPa；容重为0.71g/cm³；耐火度大于1000℃。种植水稻、佛甲草、马蹄金草，黑麦草等，长势良好。

实施例3

（1）按质量百分比，称取40%陶瓷原料，20%煤渣，20%粉煤灰，10%长石，9%工业氧化铝，0.5%聚丙烯酸铵分散剂，0.5%聚乙醇铵粘结剂，按固含量70%添加水后，机械搅拌2h制取料浆。

（3）将多孔生坯在氮气气氛下，1050℃素烧40min，得到多孔陶瓷素坯。

（4）将多孔陶瓷素坯浸渍入发泡料浆中，使发泡料浆填充多孔陶瓷内部的大孔隙中，把素坯取出，脱去多余发泡料浆，获得细孔隙结构的陶瓷素坯；

所述发泡料浆的制备如下：

在水中加入50%（质量百分比）与步骤（1）相同配比的具有良好成瓷性能的固体废弃物，并添加10%（质量百分比）淀粉胶凝剂，搅拌均匀制取料浆，添加适量的十二烷基硫酸钠为发泡剂，剧烈搅拌使料浆发泡。

（5）将细孔隙结构的陶瓷素坯在空气条件下，1250℃烧成，保温3min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。

本实施例制备的土壤替代多孔陶瓷材料，通气孔隙孔径大于150μm，通气孔隙率为16%；持水孔隙孔径为70～150μm，持水孔隙率为58%；抗压强度为5.1MPa，容重为0.61g/cm³，耐火度大于1000℃。种植细叶结缕草等草坪草，长势良好；或者做成颗粒状作为土壤改良颗粒，能提高土壤的物化性能，促进水稻、玉米等作物的生长和产量的提高。

实施例4

（1）按质量百分比，25%陶瓷原料，25%煤渣，30%粉煤灰，15%长石，4%工业氧化铝，0.5%聚丙烯酸铵分散剂，0.5%聚乙醇铵粘结剂，按固含量70%添加水后，机械搅拌2h制取料浆；

（3）将多孔生坯在氮气气氛下，1000℃素烧，保温40min，得到多孔陶瓷素坯。

（4）将多孔陶瓷素坯浸渍入发泡料浆中，使发泡料浆浸入进入多孔陶瓷内部的大孔隙中，把素坯取出，脱去多余发泡料浆，获得细孔隙结构的陶瓷素坯；

所述发泡料浆的制备如下：

在水中加入50%（质量百分比）与步骤（1）相同配比的具有良好成瓷性能的固体废弃物，并添加10%（质量百分比）淀粉胶凝剂，搅拌均匀制取料浆，添加适量的十二烷基苯磺酸钠为发泡剂，剧烈搅拌使料浆发泡。

（5）将细孔隙结构的陶瓷素坯在空气条件下，1150℃烧成，保温30min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。

本实施例制备的土壤替代多孔陶瓷材料，通气孔隙孔径大于150μm，通气孔隙率为16%；持水孔隙孔径为40～130μm，持水孔隙率为70%；抗压强度为3.7MPa，容重为0.50g/cm³，耐火度大于1000℃。种植细叶结缕草等草坪草，长势良好；或者做成颗粒状作为土壤改良颗粒，能提高土壤的物化性能，促进水稻、玉米等作物的生长和产量的提高。

实施例5

（1）按质量百分比，称取99%陶瓷废料，0.25%柠檬酸铵分散剂，0.25%聚丙烯酸铵分散剂，0.5%羧甲基纤维素钠粘结剂，制备干压料；

（2）干压成型，得到具有三维粗孔隙结构的多孔生坯。

（3）将多孔生坯在空气气氛下，750℃素烧，保温720min，得到多孔陶瓷素坯。

（4）在水中加入50%的粒径为500μm的膨胀珍珠岩，搅拌，制备均匀的陶瓷料浆。然后把多孔陶瓷素坯浸入上述陶瓷料浆中，使膨胀珍珠岩进入多孔陶瓷内部的大孔隙中，把素坯取出晾干，获得细孔隙结构的陶瓷素坯。

（5）将细孔隙结构的陶瓷素坯在空气条件下，1000℃烧成，保温1140min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。

本实施例制备的土壤替代多孔陶瓷材料，通气孔隙孔径大于150μm，通气孔隙率为23%；持水孔隙孔径为15~80μm，持水孔隙为36%；抗压强度为3.0MPa；容重为0.59g/cm³；耐火度大于1000℃。种植水稻、草莓、长春花等，长势良好。

实验6

（1）按质量百分比，99%陶瓷原料（本实施例为粘土），0.5%三聚磷酸钠分散剂，0.5%聚乙醇铵粘结剂，按固含量65%添加水后，机械搅拌2h制取料浆；

（4）在水中加入30%（质量百分比）的粒径为500μm的膨胀珍珠岩，搅拌，制备均匀的陶瓷料浆。然后把多孔陶瓷素坯浸入上述陶瓷料浆中，使膨胀珍珠岩进入多孔陶瓷内部的大孔隙中，把素坯取出晾干，获得细孔隙结构的陶瓷素坯。

（5）将细孔隙结构的陶瓷素坯在空气条件下，1050℃烧成，保温720min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。

本实施例制备的土壤替代多孔陶瓷材料，通气孔隙孔径大于150μm，通气孔隙率为17%；持水孔隙孔径为35~100μm，持水孔隙率为27%；抗压强度为 4.3MPa；容重为0.71g/cm³；耐火度大于1000℃。种植水稻、佛甲草、马蹄金草，黑麦草等，长势良好。

实施例7

（1）按质量百分比，称取99%建筑垃圾，0.2%柠檬酸铵分散剂，0.2%聚丙烯酸铵分散剂，0.1%三聚磷酸钠分散剂，0.5%羧甲基纤维素钠粘结剂，制备干压料；

（2）干压成型，得到具有三维粗孔隙结构的多孔生坯。

（3）将多孔生坯在空气气氛下，650℃素烧，保温720min，得到多孔陶瓷素坯。

（5）将细孔隙结构的陶瓷素坯在空气条件下，750℃烧成，保温720min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。

本实施例制备的土壤替代多孔陶瓷材料，通气孔隙孔径大于150μm，通气孔隙率为19%；持水孔隙孔径为50~120μm，持水孔隙率为24%；抗压强度为4.1MPa；容重为0.73g/cm³；耐火度大于1000℃。种植水稻、佛甲草、马蹄金草，黑麦草等，长势良好。

实施例8

（1）按质量百分比，99%陶瓷原料（本实施例为40%粘土、59%石英），0.5%三聚磷酸钠分散剂，0.5%聚乙醇铵粘结剂，按固含量65%添加水后，机械搅拌2h制取料浆；

本实施例制备的土壤替代多孔陶瓷材料，本实施例制备的土壤替代多孔陶瓷材料，通气孔隙孔径大于150μm，通气孔隙率为19；持水孔隙孔径为35~100μm，持水孔隙率为23%；抗压强度为3.7MPa；容重为0.75g/cm³；耐火度大于1000℃。种植水稻、佛甲草、马蹄金草，黑麦草等，长势良好。

实施例9

（1）按质量百分比，99%陶瓷原料（本实施例为20%滑石、30%石粉、49%铝矾土），0.5%三聚磷酸钠分散剂，0.5%聚乙醇铵粘结剂，按固含量65%添加水后，机械搅拌2h制取料浆；

（5）将细孔隙结构的陶瓷素坯在空气条件下，950℃烧成，保温720min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。

本实施例制备的土壤替代多孔陶瓷材料，本实施例制备的土壤替代多孔陶瓷材料，通气孔隙孔径大于150μm，通气孔隙率为20%；持水孔隙孔径为35~100μm，持水孔隙率为22%；抗压强度为4.6MPa；容重为0.84g/cm³；耐火度大于1000℃。种植水稻、佛甲草、马蹄金草，黑麦草等，长势良好。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种土壤替代多孔陶瓷植草材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（3）将多孔生坯素烧，得到多孔陶瓷素坯；

2.根据权利要求1所述的一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述陶瓷原料为粘土、球土、石英、长石、滑石、石粉、铝矾土中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述分散剂为柠檬酸铵、三聚磷酸钠或聚丙烯酸铵中的一种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述粘结剂为羧甲基纤维素钠或聚乙醇铵。

5.根据权利要求1所述的一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述发泡料浆以十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠为发泡剂。

6.根据权利要求1所述的一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述素烧的温度为650~1000℃，保温时间为2~720min。

7.根据权利要求1或6所述的一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述素烧为微波素烧或气氛素烧。

8.根据权利要求1所述的一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述烧成的温度为750~1250℃，保温时间为3~1440min。

9.根据权利要求1或8所述的一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述烧成为微波烧成或气氛烧成。

10.根据权利要求1所述的一种土壤替代多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述陶瓷料浆为膨胀珍珠岩或膨胀蛭石的水溶液。