CN103601459B - 利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制备吸附甲醛的建筑石膏材料，具体涉及一种利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料及其应用方法，其由混合料经加水搅拌均匀而成，所述的混合料包括有以下组分及其组分含量：半碳化植物纤维5-20%、建筑石膏30-70%、半水石膏晶须1-20%、消石灰1-20%、白水泥1-10%、膨胀蛭石1-20%、减水剂0.1-1%、缓凝剂0.1-1%、增稠剂0.01-1%、抗静电剂0.1-1%、无机颜料0.1-1%，混合，所述的水占混合料质量的20-50%。本发明具有废弃物利用率高，制备的材料吸附甲醛性能强，并且具有保温性，耐水性良好，形变小，机械强度高，装饰性好等优点。

Description

利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料及其应用方法

技术领域

本发明涉及用于制备吸附甲醛的建筑石膏材料，具体涉及一种利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料及其应用方法。

背景技术

甲醛是一种无色的强烈刺激性气体，已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。甲醛释放会造成眼睛流泪，眼角膜、结膜充血发炎，皮肤过敏，鼻咽不适，咳嗽，急慢性支气管炎等呼吸系统疾病，亦可造成恶心、呕吐、肠胃功能紊乱，严重时还会引起持久性头痛、肺炎、肺水肿、丧失食欲、甚至导致死亡。新装修的房子里一般甲醛都会超标，甲醛隐藏在各类家具、装饰材料中，在一定的温度、湿度下才向室内空气中散发，由于供暖期和初春季节，室内一般全都封闭，空气不流动，造成室内甲醛浓度越来越高，并且甲醛的挥发时间长达3-15年，所以有必要时考虑制备可吸附甲醛的建筑材料，实现大面积长时间吸附甲醛。

而植物秸秆是一种数量大、可再生的资源。其中，农作物秸秆是丰富的农业资源。这些植物秸秆中95％以上未得到有效利用，而是直接就地焚烧，造成了环境污染和资源浪费。利用磷石膏废水对植物纤维进行活化，制备半碳化的植物纤维，其兼具高吸附性和韧性，加入到建筑石膏材料中制备可吸附甲醛的材料，实现了废弃物的再利用及资源化，并且可以起到净化室内空气的作用，对保护环境和可持续发展具有重大意义。

目前利用植物纤维制备的新型建筑材料，因其具有废弃物利用率高，需求量大，产品性能优良等优点，逐渐得到人们的关注。关于植物纤维制备新型建材的专利，文献也有很多，如专利号CN 201210398353.2所涉及的含有秸秆的轻质保温墙体材料的制备方法，其所利用的秸秆是切碎后经聚乙烯醇溶液浸渍后加入到泡沫混凝土中，其解决泡沫混凝土的干燥收缩及稳定性差等问题；而专利号为201310260408.8所提到的一种功能性植物纤维石膏材料的制备方法，是发明人之前的一种材料的制备方法，植物纤维采用直接半碳化处理，加入到石膏基材料中可起到保温，调湿的功能，所制备的材料的原料种类少，制备方法简易，用途较为单一，而本发明中利用磷石膏废水对植物纤维进行了活化改性，增加了植物纤维表面基团，增强了其吸附甲醛的作用，并且在材料原料种类组成上较为丰富，功能性也较强，尤其是吸附甲醛，净化室内空气的功能显著。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料及其应用方法，其针对甲醛的吸附能力强，达到净化室内空气的目的，并且材料的保温性，机械强度，装饰性，可施工性等性能也得到改善。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其由混合料经加水搅拌均匀而成，所述的混合料包括有以下组分及其组分含量：

半碳化植物纤维5-20％、建筑石膏30-70％、半水石膏晶须1-20％、消石灰1-20％、白水泥1-10％、膨胀蛭石1-20％、减水剂0.1-1％、缓凝剂0.1-1％、增稠剂0.01-1％、抗静电剂0.1-1％、无机颜料0.1-1％，混合，所述的水占混合料质量的20-50％。

按上述方案，所述的半碳化植物纤维的制备方法是：先将植物纤维在磷石膏废水中浸泡24h，烘干，N₂气氛下，在马弗炉中在300-380℃下保温10-60min，将得到的纤维再次在磷石膏废水中浸泡4-12h，烘干，得到半碳化植物纤维。

按上述方案，所述的磷石膏废水为磷石膏水洗过程中的一次水洗废水，其pH值为3.0-5.0。

按上述方案，所述的植物纤维为稻草、麦秸秆、玉米杆和椰壳纤维中的任意一种。

按上述方案，所述的建筑石膏为满足国家建筑石膏标准要求的β-半水石膏和α-半水石膏中的任意一种或它们的复合。

按上述方案，所述的半水石膏晶须为利用脱硫石膏或磷石膏制备而得，长径比为500-1000的微米级晶须。

按上述方案，所述的消石灰为氢氧化钙含量≥85wt％，细度小于0.080毫米。

按上述方案，所述的白水泥为熟料MgO的含量不超过4.5％，SO₃的含量不超过3.5％，0.080毫米方孔筛筛余不超过10％的白水泥。

按上述方案，所述的膨胀蛭石为经高温烧结的膨胀的金黄色或银白色蛭石，其尺寸为1mm以下。

按上述方案，所述的减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂和三聚氰胺减水剂中的任意一种或几种的复合。

按上述方案，所述的缓凝剂为柠檬酸、柠檬酸钠、多聚磷酸钠及硼砂的一种或几种的复合。

按上述方案，所述的增稠剂为甲基纤维素醚、羟甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、淀粉醚及聚丙烯酰胺中的一种或几种的复合。

按上述方案，所述的抗静电剂为内混型抗静电剂。

按上述方案，所述的无机颜料为细度为0.1mm以下的氧化铁、氧化亚铁或氧化铜。

所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料的应用方法：将石膏基建筑材料均匀涂抹在内墙上，厚度为0.1-10mm，待其完全干燥后，在其表面喷涂少量磷酸二氧化钛。

本发明的制备机理：植物纤维的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素等，本发明将植物纤维在磷石膏废水中浸泡的基本原理是利用废水中的F^-、PO₄ ^3-、PO₃ ^3-等成分渗入到植物纤维中，对植物纤维的纤维素进行溶胀、脱水、氧化、降解、塑化等作用，使植物纤维初步形成多孔结构；在此基础上，控制合理的时间和温度，对植物纤维进行有限的受控热分解，在植物纤维表面所含的氢、氧以水的形态分解脱离，形成多孔结构，而在植物纤维内部，由于时间较短，来不及进行分解，残留部分原状纤维，这就形成了外部为碳化孔，内部具有韧性的半碳化纤维，植物纤维经半碳化处理之后，由表及里逐渐形成多孔的碳化层，具有大的比表面积，良好的吸附性能；为进一步改善孔结构，采用磷石膏废水进行二次浸泡，该过程可去除堵塞植物纤维孔隙的杂物，使孔隙表面的酸性基团，如酚羟基等释放出来，极性增强；其原因是一方面考虑到甲醛为极性物质，植物表面的酚羟基等可与其发生化学缩合反应，达到吸附甲醛的目的，二是甲醛的分子量小，微孔对其的吸附性较好；之所以不采用其他的硫酸、硝酸等物质，原因是磷石膏废液中不含有氧化性很强的酸，其中的H₃PO₄/HF对碳化壁不会造成破坏，不会造成微孔减少，中孔增加，影响甲醛的吸收效率。

在石膏基建筑材料中加入消石灰的原因是：一方面消石灰可提供碱性，甲醛在微量碱性的条件下还原性更强，反应更迅速，而且甲醛本身为酸性物质pH＝2.8-4，提高pH值有利于加快甲醛的溶解速度，另一方面，石灰水化后产生的氢氧化钙为类石墨的片状晶体，可提高其施工性。

白水泥的加入主要是起到提高耐水性的作用。

膨胀蛭石为多孔纤维质材料，可提高材料的吸水，吸附甲醛的性能，并减少材料在水存在的条件下的形变，并可起到装饰的效果。

材料中加入静电剂可使电荷定向排列，更有效吸附甲醛。

外层喷涂磷酸二氧化钛，其可催化分解甲醛，增强材料吸附分解甲醛的能力。

本发明具有废弃物利用率高，制备的材料吸附甲醛性能强，并且具有保温性，耐水性良好，形变小，机械强度高，装饰性好等优点，主要表现为：1)废弃物利用率高，本技术中主要的原料秸秆和活化剂都为农业、工业废弃物，综合利用其自身优点，实现废弃物的资源化；2)采用低温半碳化技术，不仅节约能源，而且使植物纤维兼具吸附性和韧性；3)利用磷石膏废水活化半碳化植物纤维表面酸性集团增加，微孔数量增加，并与石膏基材料的表面磷酸二氧化钛强强联合，可在墙体形成吸收、分解的双重效应，最终达到消除甲醛的目的；4)石膏基建筑材料中加入半水石膏晶须，消石灰，白水泥，膨胀蛭石等材料，提高了其保温性，机械强度，装饰性，可施工性等性能。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

先将稻草在磷石膏废水中浸泡24h，烘干，N₂气氛下，在马弗炉中在313℃下保温20min，得到半碳化植物纤维，将得到半碳化植物纤维，再次在磷石膏废水中浸泡6h，烘干。所述的磷石膏废水为磷石膏制备过程中的一次水洗废水，其pH值为3.0，溶液内含有大量的F^-、PO₄ ^3-、PO₃ ^3-等离子。

将半碳化植物纤维10％、α-半水石膏建筑石膏53.59％、半水石膏晶须5％、消石灰10％、白水泥10％、膨胀蛭石10％、聚羧酸减水剂0.5％、柠檬酸钠0.2％、甲基纤维素醚0.01％、市售内混型抗静电剂0.5％，氧化铜0.2％，混合得到混合料，加占混合料质量25％的水混合并搅拌均匀，即可得到功能性石膏材料；使用时先将半碳化植物纤维石膏基材料均匀涂抹在内墙上，厚度为3mm，待其完全干燥后，在其表面喷涂少量磷酸二氧化钛即可。

原料中，建筑石膏为满足建筑石膏要求的β-半水石膏；半水石膏晶须为利用脱硫石膏或磷石膏制备的半水石膏晶须，长径比为500-1000的微米级晶须；消石灰中氢氧化钙大于等于85wt％，细度小于0.080毫米；白水泥的熟料MgO的含量不超过4.5％，SO₃的含量不超过3.5％，0.080毫米方孔筛筛余不超过10％；膨胀蛭石采用香味剂进行处理，尺寸范围为1mm以下；氧化铜的细度0.1mm以下。

经测试，产品在甲醛浓度为2.5mg/m³时，可吸附40-50％甲醛，浓度为12.5mg/m³时，可吸附70-80％甲醛，平衡吸湿量为0.9-1.3g/kg，热传导系数为0.067W/m·K，折压比为0.35，墙体同时具有一定香味。

实施例2：

先将稻草在磷石膏废水中浸泡24h，烘干，N₂气氛下，在马弗炉中在313℃下保温20min，得到半碳化植物纤维，将得到半碳化植物纤维，再次在磷石膏废水中浸泡8h，烘干，所述的磷石膏废水为磷石膏制备过程中的一次水洗废水，其pH值为4.5，溶液内含有大量的F^-、PO₄ ^3-、PO₃ ^3-等离子。

将半碳化植物纤维20％、建筑石膏39.29％、半水石膏晶须6％、消石灰10％、白水泥8％、膨胀蛭石15％、聚羧酸减水剂0.5％、柠檬酸0.2％、聚丙烯酰胺0.01％、市售内混型抗静电剂0.6％、氧化亚铁0.4％，混合得到混合料，加占混合料质量33％的水混合并搅拌均匀，即可得到功能性石膏材料；使用时先将半碳化植物纤维石膏基材料均匀涂抹在内墙上，厚度为5mm，待其完全干燥后，在其表面喷涂少量磷酸二氧化钛即可。

原料中，建筑石膏为满足建筑石膏要求的α-半水石膏；石膏晶须长径比为500-1000的微米级晶须；消石灰中氢氧化钙大于等于85wt％，细度小于0.080毫米；白水泥的熟料MgO的含量不超过4.5％，SO₃的含量不超过3.5％，0.080毫米方孔筛筛余不超过10％；膨胀蛭石尺寸范围为1mm以下市售蛭石；氧化亚铁的细度0.1mm以下。

经测试，产品在甲醛浓度为2.5mg/m³时，可吸附45-55％甲醛，浓度为12.5mg/m³时，可吸附75-80％甲醛，平衡吸湿量为0.9-1.6g/kg，热传导系数为0.054W/m·K，折压比0.37。

实施例3：

先将玉米秆在磷石膏废水中浸泡24h，烘干，N₂气氛下，在马弗炉中在365℃下保温30min，得到半碳化植物纤维，将得到半碳化植物纤维，再次在磷石膏废水中浸泡6h，烘干，所述的磷石膏废水为磷石膏制备过程中的一次水洗废水，其pH值为4.0，溶液内含有大量的F^-、PO₄ ^3-、PO₃ ^3-等离子。

将半碳化植物纤维5％、建筑石膏57.59％、半水石膏晶须10％、消石灰5％、白水泥6％、膨胀蛭石15％、萘系减水剂0.5％、柠檬酸0.2％、甲基纤维素醚0.01％、市售内混型抗静电剂0.5％、氧化亚铁0.2％，混合得到混合料，加占混合料质量28％的水混合并搅拌均匀，即可得到功能性石膏材料；使用时先将半碳化植物纤维石膏基材料均匀涂抹在内墙上，厚度为4mm，待其完全干燥后，在其表面喷涂少量磷酸二氧化钛即可。

原料中，建筑石膏为满足建筑石膏要求的α-半水石膏；石膏晶须长径比为500-1000的微米级晶须；消石灰中氢氧化钙大于等于85wt％，细度小于0.080毫米；白水泥的熟料MgO的含量不超过4.5％，SO₃的含量不超过3.5％，0.080毫米方孔筛筛余不超过10％；膨胀蛭石采用香味剂进行处理，尺寸范围为1mm以下；氧化亚铁的细度0.1mm以下。

经测试，产品在甲醛浓度为2.5mg/m³时，可吸附40-50％甲醛，浓度为12.5mg/m³时，可吸附70-80％甲醛，平衡吸湿量为0.9-1.5g/kg，热传导系数为0.049W/m·K，折压比0.47，墙体同时具有一定香味。

实施例4：

先将玉米秆在磷石膏废水中浸泡24h，烘干，N₂气氛下，在马弗炉中在365℃下保温10min，得到半碳化植物纤维，将得到半碳化植物纤维，再次在磷石膏废水中浸泡6h，烘干，所述的磷石膏废水为磷石膏制备过程中的一次水洗废水，其pH值为5.0，溶液内含有大量的F^-、PO₄ ^3-、PO₃ ^3-等离子。

将半碳化植物纤维20％、建筑石膏45.29％、半水石膏晶须5％、消石灰10％、白水泥8％、膨胀蛭石10％、三聚氰胺减水剂0.5％、多聚磷酸钠0.2％、甲基纤维素醚0.01％、市售内混型抗静电剂0.5％、氧化铁0.5％，混合得到混合料，加入占混合料质量35％的水混合并搅拌均匀，即可得到功能性石膏材料；使用时先将半碳化植物纤维石膏基材料均匀涂抹在内墙上，厚度为6mm，待其完全干燥后，在其表面喷涂少量磷酸二氧化钛即可。

原料中，建筑石膏为满足建筑石膏要求的α-半水石膏；石膏晶须长径比为500-1000的微米级晶须；消石灰中氢氧化钙大于等于85wt％，细度小于0.080毫米；白水泥的熟料MgO的含量不超过4.5％，SO₃的含量不超过3.5％，0.080毫米方孔筛筛余不超过10％；膨胀蛭石采用香味剂进行处理的尺寸范围为1mm以下的市售蛭石；氧化铁的细度0.1mm以下。

经测试，产品在甲醛浓度为2.5mg/m³时，可吸附55-60％甲醛，浓度为12.5mg/m³时，可吸附70-80％甲醛，平衡吸湿量为0.7-1.2g/kg，热传导系数为0.061W/m·K，折压比0.36，墙体同时具有一定香味。

实施例5：

先将甘蔗渣在磷石膏废水中浸泡24h，烘干，N₂气氛下，在马弗炉中在340℃下保温30min，得到半碳化植物纤维，将得到半碳化植物纤维，再次在磷石膏废水中浸泡10h，烘干,所述的磷石膏废水为磷石膏制备过程中的一次水洗废水，其pH值为4.0，溶液内含有大量的F^-、PO₄ ^3-、PO₃ ^3-等离子。

将半碳化植物纤维15％、建筑石膏43.49％、半水石膏晶须10％、消石灰10％、白水泥5％、膨胀蛭石15％、聚羧酸减水剂0.5％、多聚磷酸钠0.2％、淀粉醚0.01％、内混型抗静电剂0.5％、氧化亚铁0.3％，混合得到混合料，加占混合料30％重量的水混合并搅拌均匀，即可得到功能性石膏材料；使用时先将半碳化植物纤维石膏基材料均匀涂抹在内墙上，厚度为3mm，待其完全干燥后，在其表面喷涂少量磷酸二氧化钛即可。

原料中，建筑石膏为满足建筑石膏要求的β-半水石膏；石膏晶须长径比为500-1000的微米级晶须；消石灰中氢氧化钙大于等于85wt％，细度小于0.080毫米；白水泥的熟料MgO的含量不超过4.5％，SO₃的含量不超过3.5％，0.080毫米方孔筛筛余不超过10％；膨胀蛭石尺寸范围为1mm以下；氧化亚铁的细度0.1mm以下。

经测试，产品在甲醛浓度为2.5mg/m³时，可吸附40-50％甲醛，浓度为12.5mg/m³时，可吸附70-80％甲醛，平衡吸湿量为0.9-1.5g/kg，热传导系数为0.042W/m·K，折压比为0.45。

实施例6：

先将植物纤维在磷石膏废水中浸泡24h，烘干，N₂气氛下，在马弗炉中在340℃下保温60min，得到半碳化植物纤维，将得到半碳化植物纤维，再次在磷石膏废水中浸泡4h，烘干，所述的磷石膏废水为磷石膏制备过程中的一次水洗废水，其pH值3.0，溶液内含有大量的F^-、PO₄ ^3-、PO₃ ^3-等离子。

将半碳化植物纤维10％、建筑石膏40.48％、半水石膏晶须10％、消石灰13％、白水泥10％、膨胀蛭石15％、聚羧酸减水剂0.5％、柠檬酸钠0.2％、羟丙基甲基纤维素醚0.02％、市售内混型抗静电剂0.5％、氧化铜0.3％，混合得到混合料，加占混合料重量28％的水混合并搅拌均匀，即可得到功能性石膏材料；使用时先将半碳化植物纤维石膏基材料均匀涂抹在内墙上，厚度为4.5mm，待其完全干燥后，在其表面喷涂少量磷酸二氧化钛即可。

原料中，建筑石膏为满足建筑石膏要求的β-半水石膏；石膏晶须长径比为500-1000的微米级晶须；消石灰中氢氧化钙大于等于85wt％，细度小于0.080毫米；白水泥的熟料MgO的含量不超过4.5％，SO₃的含量不超过3.5％，0.080毫米方孔筛筛余不超过10％；膨胀蛭石尺寸范围为1mm以下；氧化铜的细度0.1mm以下。

经测试，产品在甲醛浓度为2.5mg/m³时，可吸附40-50％甲醛，浓度为12.5mg/m³时，可吸附70-80％甲醛，平衡吸湿量为0.9-1.3g/kg，热传导系数为0.052W/m·K，折压比为0.49。

Claims (14)

1.利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其由混合料经加水搅拌均匀而成，所述的混合料包括有以下组分及其组分含量：

半碳化植物纤维5-20％、建筑石膏30-70％、半水石膏晶须1-20％、消石灰1-20％、白水泥1-10％、膨胀蛭石1-20％、减水剂0.1-1％、缓凝剂0.1-1％、增稠剂0.01-1％、抗静电剂0.1-1％、无机颜料0.1-1％，混合，所述的水占混合料质量的20-50％；所述的半碳化植物纤维的制备方法是：先将植物纤维在磷石膏废水中浸泡24h，烘干，N₂气氛下，在马弗炉中在300-380℃下保温10-60min，将得到的纤维再次在磷石膏废水中浸泡4-12h，烘干，得到半碳化植物纤维。

2.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的磷石膏废水为磷石膏水洗过程中的一次水洗废水，其pH值为3.0-5.0。

3.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的植物纤维为稻草、麦秸秆、玉米杆和椰壳纤维中的任意一种。

4.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的建筑石膏为满足国家建筑石膏标准要求的β-半水石膏和α-半水石膏中的任意一种或它们的复合。

5.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的半水石膏晶须为利用脱硫石膏或磷石膏制备而得，长径比为500-1000的微米级晶须。

6.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的消石灰为氢氧化钙含量≥85wt％，细度小于0.080毫米。

7.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的白水泥为熟料中MgO的含量不超过4.5％，SO₃的含量不超过3.5％，0.080毫米方孔筛筛余不超过10％。

8.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的膨胀蛭石为经高温烧结的膨胀的金黄色或银白色蛭石，其尺寸为1mm以下。

9.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂和三聚氰胺减水剂中的任意一种或几种的复合。

10.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的缓凝剂为柠檬酸、柠檬酸钠、多聚磷酸钠及硼砂的一种或几种的复合。

11.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的增稠剂为甲基纤维素醚、羟甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、淀粉醚及聚丙烯酰胺中的一种或几种的复合。

12.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的抗静电剂为内混型抗静电剂。

13.据权利要求1所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料，其特征是：所述的无机颜料为细度为0.1mm以下的氧化铁、氧化亚铁或氧化铜。

14.权利要求1-13任一项所述的利用植物纤维制备治理室内甲醛的石膏基建筑材料的应用方法：将石膏基建筑材料均匀涂抹在内墙上，厚度为0.1-10mm，待其完全干燥后，在其表面喷涂少量磷酸二氧化钛。