CN103723910B - 一种多孔玻璃微珠的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多孔玻璃微珠的制备方法，包括以下步骤：①将空心玻璃微珠生产中分选出下沉的实心及厚壁的玻璃微珠，按照玻璃微珠73～85、硼酸19～28、纯碱3～7.5的重量份数配比组成配合料，在1450～1500℃度高温熔化；②将熔化的玻璃液水淬、烘干、研磨、粉碎成粉末；③将玻璃粉末在球化炉中用火焰喷吹形成新玻璃微珠；④将新玻璃微珠在500～650℃条件下促进分相的保温，然后在酸液中进行酸浸析，最后经过漂洗、烘干，得到多孔玻璃微珠。本发明有益效果是节能环保、节约材料、工艺方法简单，制得的直径在1～30μm的体积内分布有纳米级孔穴的玻璃圆球体，可作为吸附缓释材料，广泛应用在医药、环保、能源等领域。

Description

一种多孔玻璃微珠的制备方法
技术领域：
本发明涉及玻璃微珠的制备制造领域，特别涉及一种多孔玻璃微珠的制备方法。
背景技术：
多孔玻璃微珠是一种性能优良的吸附、缓释材料，依据其不同的特点，可以用在药物缓释载体、催化剂载体、污水处理、氢气存储等领域。
传统的熔融法制备多孔玻璃微珠是以Na2CO3、H3BO3和SiO2等为主要原料加上一些辅助原料，按一定的比例配料，研磨混匀后，在一定的温度下熔融、成型，即得到基体玻璃。成球工艺主要有一次成球工艺和二次成球工艺。前者是将熔融的玻璃液分散成玻璃液滴的直接成珠方法，后者是将熔融冷却的玻璃粉碎成所需粒度，加隔离剂再输送至垂熔炉内，在高温下依靠表面张力成珠。将玻璃微珠分选、保温分相、酸浸析即得到所需产品。
不同于上述方法，本发明制备多孔玻璃微珠的大部分原料，是通过玻璃粉末法制备空心玻璃微珠所产生的，即在玻璃粉末法制备空心玻璃微珠的生产中不可避免含有的一定数量的实心玻璃微珠和厚壁玻璃微珠，这些产品基本上属于废品，一般情况下需要将其作为原料重新回炉。同时，本发明多孔玻璃微珠成球工艺也采用空心玻璃微珠的成珠炉，将基体玻璃粉碎后无需加隔离剂，通过火焰喷吹软化成球。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用现有玻璃微珠生产过程中的废品玻璃微珠，生产出一种高强度多孔玻璃微珠的方法，大大减少新原料用量，有效降低生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种多孔玻璃微珠的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①将空心玻璃微珠生产过程中，经过水力漂选法分选出下沉的玻璃微珠(实心及厚壁玻璃微珠)，其粒径为5～30μm，密度为1.0～2.5g/cm3，按照玻璃微珠73～85、硼酸19～28、纯碱3～7.5的重量份数配比组成配合料，将该配合料在1450～1500℃度高温熔化4～6小时；
②将熔化的玻璃液倒入水淬槽中水淬，然后烘干、研磨、粉碎，研磨粉碎得到的玻璃粉末，其粒度分布在1～30μm，中位径在12～18μm；
③将玻璃粉末通过气力输送至立式球化炉，在火焰喷吹过程中玻璃颗粒软化，并在自身表面张力作用下形成新玻璃微珠；
④将新玻璃微珠，在保温温度500～650℃、保温时间18～36h的条件下，进行热处理分相，然后在浓度为0.1～2mol/l的酸液中进行酸浸析，酸浸析时间24～48h，最后经过漂洗、烘干，得到多孔玻璃微珠。
本发明的技术方案中，适当化学组成的硼硅酸盐玻璃微珠在特定温度下保温一段的时间，玻璃微珠就会分离出不同的几个相，这些相成交联的结构，将分相的微珠在特定的无机酸溶液中处理，使可溶相被处理掉，留下不可溶相，这样即可得到具有连通的孔结构的玻璃微珠。
在制备多孔玻璃微珠的过程中，热处理制度是非常关键的因素。分相热处理参数直接影响着多孔玻璃的孔径大小、孔分布均匀性。温度偏低，分相未达到平衡，对形成连通的孔隙不利。随着温度的升高，相平衡速度加快，试样在酸处理后孔径增大，但是在达到一定的温度时孔径会有所降低，这是因为该温度已经超出了最佳的热处理温度范围，使得相平衡的方向有所改变，造成已分相部分重新熔解。因此，选择合适的热处理温度对制备孔径分布窄、孔分布均匀的的多孔玻璃微珠至关重要。
采用本发明的制备方法所制备的多孔玻璃微珠，所需新原料少，同时熔化温度低，成球时间短，并保持了原有玻璃微珠的一些优点，具有良好的化学稳定性和较高的强度，粒径范围在1～30μm，孔径大小在20～300nm。
本发明有益效果是节能环保、节约材料、工艺方法简单，制得的直径在1～30μm的体积内分布有纳米级孔穴的玻璃圆球体，可作为吸附缓释材料，广泛应用在医药、环保、能源等领域。
附图是说明：
图1是现有的无孔的玻璃微珠的显微放大图；
图2是本发明的的多孔玻璃微珠的显微放大图。
下面结合实施例具体地说明本发明。
实施例一：
1、配和料：玻璃微珠0.8kg，硼酸0.165kg，纯碱0.035kg。玻璃微珠的化学成分为：SiO275%，Na2O10%，CaO5%，B2O35%，ZnO1.5%，Al2O31.5%，Li2O1.5%和SO30.5%。将以上原料充分混合。
2、把混合好的玻璃配合料投入到箱式电阻炉的坩埚中，1450°C熔制6小时。
3、将熔制好的玻璃液倒入水淬槽中水淬，然后将水淬过的碎玻璃在200℃烘干4小时。
4、将烘干的碎玻璃研磨成1mm左右的颗粒，然后再在气流粉碎分级机中将玻璃颗粒粉碎分级，粉碎分级后的粉体颗粒粒径D10=2.69μm，D50=15.27μm，D90=25.05μm，最大粒径不超过30μm。
5、分级好的玻璃粉体以5kg/h的速率用加料机送入球化炉，球化温度控制在1100°C，球化时间约为0.5秒，经过球化的玻璃粉体经旋风收集器收集，得到的玻璃微珠的粒径基本集中在5～20μm之间，密度为1.48g/cm3。
6、将收集到的玻璃微珠放入刚玉坩埚中，在电阻炉中550℃保温18h，冷却。放入盛有2mol/l盐酸溶液的容器中，在90℃水浴锅内酸浸析24h。取出，用纯净水漂洗两到三次，真空抽滤，烘干，得到粒径4～18μm、孔径30～100nm的多孔玻璃微珠，如图2所示。
实施例二：
1、配料：玻璃微珠0.75kg，硼酸0.216kg，纯碱0.034kg。玻璃微珠的化学成分为：SiO280%，Na2O8.5%，CaO2.1%，B2O35%，ZnO1.5%，Al2O31.0%，Li2O1.5%和SO30.4%。将以上材料充分混合。
2、把混合好的玻璃配合料投入到箱式电阻炉的坩锅中，1480°C熔制6小时。
3、将熔制好的玻璃液倒入水淬槽中水淬，然后将水淬过的碎玻璃在200℃烘干4小时。
4、将烘干的碎玻璃研磨成1mm左右的颗粒，然后再在气流粉碎分级机中将玻璃颗粒粉碎分级，粉碎分级后的粉体颗粒粒径D10=2.07μm，D50=14.10μm，D90=24.80μm，最大粒径不超过30μm。
5、分级后的玻璃粉体以8kg/h的速率用加料机送入球化炉，球化温度控制在1200°C，球化时间约为0.5秒，经过球化的玻璃粉体经旋风收集器收集，得到的玻璃微珠的粒径基本集中在3～18μm之间，密度为1.55g/cm3。
6、将收集到的玻璃微珠放入刚玉坩埚中，在电阻炉中570℃保温24h，冷却。放入盛有1mol/l盐酸溶液的容器中，在90℃水浴锅内酸浸析48h。取出，用纯净水漂洗两到三次，真空抽滤，烘干，得到粒径2.5～17μm、孔径20～80nm的多孔玻璃微珠，如图2所示。

Claims (1)

1.一种多孔玻璃微珠的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①将空心玻璃微珠生产过程中，经过水力漂选法分选出下沉的实心及厚壁的玻璃微珠，该玻璃微珠的化学成分及重量百分比含量为：SiO280%，Na2O8.5%，CaO2.1%，B2O35%，ZnO1.5%，Al2O31.0%，Li2O1.5%和SO30.4%，其粒径为5～30μm，密度为1.0～2.5g/cm3，按照玻璃微珠73～85、硼酸19～28、纯碱3～7.5的重量份数配比组成配合料，将该配合料在1450～1500℃度高温熔化4～6小时；
②将熔化的玻璃液倒入水淬槽中水淬，然后烘干、研磨、粉碎，研磨粉碎得到的玻璃粉末，其粒度分布在1～30μm，中位径在12～18μm；
③将玻璃粉末通过气力输送至立式球化炉，在火焰喷吹过程中玻璃颗粒软化，并在自身表面张力作用下形成新玻璃微珠；
④将新玻璃微珠，在保温温度500～650℃、保温时间18～36h的条件下，进行促进分相的保温，然后在浓度为0.1～2mol/L的酸液中进行酸浸析，酸浸析时间24～48h，最后经过漂洗、烘干，得到多孔玻璃微珠。
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