CN104610988B - 生物质碳化成型材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质碳化成型材料的制备方法，依次进行以下步骤：1)、将天然生物质材料进行粉碎处理，得≥100目的粉体；2)、在粉体中加入粘土均匀混合，得混合物料，所述混合物料中粉体的重量含量为10～45％，粘土的重量含量为55～90％；在混合物料中加入占混合物料总重5～30％的水进行混合搅拌；3)、将所得物注入模具中压制成型，脱模后干燥至水分含量≤8％，然后于800～1300℃的密封缺氧条件下进行闷烧处理0.5～10h，得到生物质碳化成型材料。采用本发明方法制备而得的碳化成型材料不但具有很好的机械强度，而且还具有绿色环保、净化空气/水质等的特点，能有效吸附空气/水中的有害物质。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用生物质材料为碳源，一步合成绿色环保的碳化成型材料的方法。
背景技术
日常生活中所使用的建材、装饰材料往往会挥发释放甲醛、苯、氡等有害气体和放射性物质，这使得人们的身体健康受到严重的威胁。如何为人类提供一个健康、舒适的生活环境受到越来越多的关注。随着人们的健康环保意识日渐增强，开发出绿色环保的建材、装饰材料具有重要的现实意义。
我国地域辽阔，同时又是农业大国，每年产有大量的生物质材料(木竹、秸秆、果壳、树皮等)。这种生物质材料具有可再生、绿色环保、来源广泛等特点，合理利用这些生物质材料制备新型建筑材料也成为了一道技术性难题。申请号为201410151989.6、名为《碳化谷壳隔热、保温砖》的发明和以及申请号为200910176757.5、名为《一种利用生物质材料(树木、竹子等)做碳化地板的工艺》报道了以生物质材料(谷壳、树木)为碳源，制备具有多孔，低密度的室内隔墙环保新材料和轻质的碳化地板。但是，这些报道都是先把生物质材料(谷壳、树木等)进行碳化处理，然后再与所需原料进行混合后进行成型和后续的烧结，其原因是：先进行碳化在一定程度上可以避免后续碳化不均匀的现象，同时也是为了有利于后续脱碳造孔得到具有多孔结构的轻质材料。这种方法的缺点是：延长了生产周期，提高了生产成本，不利于大规模实际生产应用。但是，如果上述方法先将生物质材料与其他原料混合后，再进行成型和碳化处理，会存在工艺不易控制、造孔不均匀等问题，因此只能先将生物质材料进行碳化处理，然后再与所需原料进行混合后进行成型和后续的烧结。且，现有技术中，利用稻壳等天然生物质材料碳化后添加到粘土中烧制成砖块目的在于人为造孔，减轻比重，烧制时是见氧的，烧制后已不含碳材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用生物质材料制备碳化成型材料的方法，采用本发明方法制备而得的碳化成型材料不但具有很好的机械强度，而且还具有绿色环保、净化空气/水质等的特点，能有效吸附空气/水中的有害物质。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种生物质碳化成型材料的制备方法，依次进行以下步骤：
1)、将天然生物质材料进行粉碎处理，得≥100目的粉体；
2)、在粉体中加入粘土均匀混合，得混合物料，所述混合物料中粉体的重量含量为10～45％(较佳为15％)，粘土的重量含量为55～90％(较佳为85％)；
在混合物料中加入占混合物料总重5～30％(较佳为10～15％)的水进行混合搅拌；
3)、将步骤2)的所得物注入模具中压制成型，脱模后干燥至水分含量≤8％(重量％)，然后于800～1300℃(较佳为1100～1300℃)的密封缺氧条件下进行闷烧处理0.5～10h(较佳8h)，得到生物质碳化成型材料(呈灰黑色)。其可用于净化空气/水质、吸湿调湿。
作为本发明的利用生物质制备碳化成型材料的方法的改进：
将步骤3)得到的生物质碳化成型材料(呈灰黑色)于440～800℃见氧煅烧(即将成型材料在空气下烧制)，直至生物质碳化成型材料表面的碳被氧化，使之表面呈现粘土本色。
备注说明：由于不同地域的粘土烧制后表面颜色是不一样的；当本发明选用不同的粘土时，就能获得表面颜色呈多样性的生物质碳化成型材料。
作为本发明的利用生物质制备碳化成型材料的方法的进一步改进：
所述天然生物质材料为秸秆、果壳、木/竹、木/竹边角料、竹木屑。
作为本发明的利用生物质制备碳化成型材料的方法的进一步改进：
所述步骤3)中：
压制成型为冲压成型、挤压成型或滚压成型；
干燥为室温下干燥，或于105℃以上温度(一般为105～150℃)烘干。
作为本发明的利用生物质制备碳化成型材料的方法的进一步改进：
所述步骤2)中加水后的混合搅拌的时间为0.5～3小时(较佳为1.5～2.5小时)。
本发明还同时提供了利用上述方法制备而得的生物质碳化成型材料。该碳化成型材料的种类很多，主要有片材、砖、容器、蜂窝状、球状、不定型等，尺寸各异。
备注说明：本发明所选用的粘土≥100目；例如可为高岭石族(The KaoliniteGroup)，1:1型。室温一般指15～30℃。天然生物质材料和粘土的含水率一般为10～20％。
本发明提供了一种以生物质材料为原料生产生物质碳化成型材料的方法，该方法以生物质材料为碳源，与粘土进行混合，将所得的混合物料在缺氧条件下进行烧结一步合成环保的碳化成型材料。本发明一步完成生物质材料的碳化和成型材料的烧成，所得产品具有很好的机械强度，并且生物质碳可以有效吸附室内/车内甲醛、苯、氡等有毒有害气体和水中的有害杂质。
本发明先把生物质材料进行粉碎处理(≥100目)，与粘土(≥100目)进行混合均匀，在缺氧(密封)条件下闷烧处理(煅烧处理)一步得到碳化的成型材料，务必确保混合均匀和于密封条件下进行闷烧处理。
本发明的技术优势在于：1、使生物质碳化，并保留在产品里，起吸附作用，净化空气和水质；2、增加气孔量，提高吸水性，增强吸湿调湿的能力；3、使用的生物质主要是农业废弃物，通过本技术，使废弃物得到利用，降低二氧化碳和雾霾的排放，减轻环保压力。生物质借助高温缺氧煅烧一次碳化而成，而不是如同现有技术的先碳化再添加粘土烧制；4、能够在不使用外部涂料、油漆等着色剂的前提下实现表面改色，从而丰富产品的色彩。
综上所述，本发明的有益效果是以生物质材料为原料生产碳化成型材料，该方法充分利用天然生物质材料，其具有工艺简单，成本低，碳化效果好，成碳率高等优点，并且所制备碳化成型材料具有很好的机械强度和环保功能。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明：
图1为实施例1制备的碳化成型材料的1000倍扫描电镜照片。
图2为实施例2制备的碳化成型材料的1000倍扫描电镜照片。
图3为实施例3制备的碳化成型材料的1000倍扫描电镜照片。
图4为实施例1制备制备碳化成型材料的能谱图片。
图5为实施例4制备制备碳化成型材料的能谱图片。
具体实施方式
以下实施例中，粘土选用高岭石族(The Kaolinite Group)，1:1型。
实施例1、生物质碳化成型材料(砖)的制备方法：
将竹子(含水率约10％)进行粉碎处理，得到粒径为100目的粉体，后与适量的粘土(含水率约10％，粒径为200目)进行均匀混合，得混合物料；上述两者的重量比例控制在15/85(即，竹子在混合物料中的重量含量为15％，粘土在混合物料中的重量含量为85％)。然后加入占混合物料总重10％的水，混合搅拌2h。将所得物注入模具中压制成型(例如压制成600×600×200mm的生物质碳化砖)，脱模后室温干燥24h(水分含量≤8％)；然后在1100℃的密封缺氧条件下进行闷烧处理8h，冷却至室温后，得到最终的生物质碳化成型材料(具体为碳化装饰砖)。
实施例2：将实施例1中的闷烧处理的温度改成1200℃，其余等同于实施例1。
实施例3：将实施例1中的闷烧处理的温度改成1300℃，其余等同于实施例1。
上述实施例1～实施例3制备所得的碳化装饰砖的1000倍扫描电镜照片如图1～图3所示；
根据图1～图3的对比，我们可以得知：在本发明所设定的范围内，烧结温度越高，材料越致密。
实施例4：将实施例1中的竹子替换为秸秆，其余等同于实施例1。
实验1、将上述实施例1～实施例4制备所得的碳化装饰砖按照GB/T 4741-1999进行检测，所得结果如表1所示。
表1、测试性能表
图4为实施例1制备而得的碳化装饰砖能谱图片，图5为实施例4制备而得的碳化装饰砖能谱图片。
实验2、吸附性能实验：
将上述实施例1～实施例4所得的碳化成型材料(碳化装饰砖)按照GB/T26910-2011所述方法进行吸附性能的检测，结果如下表2。
表2、吸附性能的检测结果
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 甲醛吸附率 | 12.22％ | 13.12％ | 8.12％ | 10.52％ |
| 苯吸附率 | 9.03％ | 9.53％ | 7.06％ | 8.06％ |
| TVOC吸附率 | 8.38％ | 8.48％ | 6.52％ | 7.96％ |
| 氮吸附率 | 6.51％ | 6.71％ | 4.82％ | 5.43％ |
对比例1-1、将实施例2中的1200℃改成600℃，其余等同于实施例2。
对比例1-2、将实施例2中的1200℃改成1500℃，其余等同于实施例2。
对比例2-1、将实施例2中的天然竹子的粒径由100目改成50目，其余等同于实施例2。
对比例2-2、将实施例2中的天然竹子的粒径由100目改成300目，其余等同于实施例2。
对比例3-1、将实施例2中的天然竹子粉体：粘土由“15：85”改成“20：80”的用量比，其余等同于实施例2。
对比例3-2、将实施例2中的天然竹子粉体：粘土由“15：85”改成“10：90”的用量比，其余等同于实施例2。
将上述所有的对比例按照实验1和实验2所述方法进行检测，所得结果如表3和表4所述。
表3、对比例的测试性能表
表4、对比例1-1到3-2的吸附性能表
| 检测项目 | 甲醛吸附率 | 苯吸附率 | TVOC吸附率 | 氮吸附率 |
| 对比例1-1 | 10.82％ | 9.05％ | 8.02％ | 6.04％ |
| 对比例1-2 | 10.24％ | 8.92％ | 7.82％ | 5.86％ |
| 对比例2-1 | 9.68％ | 8.82％ | 7.64％ | 5.66％ |
| 对比例2-2 | 11.24％ | 9.16％ | 8.08％ | 6.10％ |
| 对比例3-1 | 12.03％ | 8.98％ | 8.26％ | 6.35％ |
| 对比例3-2 | 10.44％ | 8.62％ | 7.53％ | 5.78％ |
实施例5、将实施例1所得的呈灰黑色的生物质碳化成型材料(砖)于440～500℃见氧煅烧(于马弗炉中进行，见氧煅烧时间约为8小时)，此时生物质碳化成型材料表面的碳被氧化，从而呈现粘土本色。
由于选用的粘土选用山西朔州所产的高岭石族(The Kaolinite Group)，1:1型；因此，最终呈现的为灰白色。该生物质碳化成型材料(砖)的各项机械性能和吸附性能基本同实施例1。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.生物质碳化成型材料的制备方法，其特征是依次进行以下步骤：
1)、将天然生物质材料进行粉碎处理，得≥100目的粉体，天然生物质材料为竹子；
2)、在粉体中加入粘土均匀混合，得混合物料，所述混合物料中粉体的重量含量为15％，粘土的重量含量为85％；
在混合物料中加入占混合物料总重10％的水进行混合搅拌；
3)、将步骤2)的所得物注入模具中压制成型，脱模后干燥至水分含量≤8％，然后于1200℃的密封缺氧条件下进行闷烧处理8h，得到生物质碳化成型材料。
2.根据权利要求1所述的生物质碳化成型材料的制备方法，其特征是：
将步骤3)得到的生物质碳化成型材料于440～800℃见氧煅烧，直至生物质碳化成型材料表面的碳被氧化，从而呈现粘土本色。
3.根据权利要求2所述的生物质碳化成型材料的制备方法，其特征是：
所述步骤3)中：
压制成型为冲压成型、挤压成型或滚压成型；
干燥为室温下干燥，或于105℃以上温度烘干。
4.根据权利要求3所述的生物质碳化成型材料的制备方法，其特征是：
所述步骤2)中加水后的混合搅拌的时间为0.5～3小时。
5.如权利要求1～4任一方法制备而得的生物质碳化成型材料。
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