CN104718021A - 共烧结的复合材料、制备共烧结的复合材料的方法和使用共烧结的复合材料的方法 - Google Patents

共烧结的复合材料、制备共烧结的复合材料的方法和使用共烧结的复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

复合助滤剂可包含硅藻土、天然玻璃和沉淀二氧化硅黏合料，其中所述助滤剂具有3-20达西的渗透率。复合助滤剂可包含硅藻土、珍珠岩和沉淀二氧化硅黏合料，其中所述助滤剂具有小于15lbs/ft3的α密度。制备复合材料的方法可包括共混硅藻土和珍珠岩，将碱金属硅酸盐加到所述共混的硅藻土和珍珠岩中并使所述碱金属硅酸盐作为黏合料沉淀以制备所述复合材料。过滤饮料的方法可包括使用复合助滤剂和/或复合材料。

Description

共烧结的复合材料、制备共烧结的复合材料的方法和使用共烧结的复合材料的方法
要求优先权 / 通过引用结合
该PCT国际申请要求2012年6月26日提交的美国临时申请61/664,395号的优先权，并且该美国临时申请通过全文引用结合到本文中。
发明领域
本发明涉及共烧结(co-agglomerated)的复合材料、制备共烧结的复合材料的方法和使用共烧结的复合材料的方法。更具体地讲，本发明涉及可用于过滤应用中的共烧结的复合材料及制备和使用这类共烧结的复合材料的方法。
背景
在许多过滤应用中，过滤装置可包括例如隔板的过滤元件和助滤材料。该过滤元件可以使得其可支撑助滤材料的任何形式。例如，该过滤元件可包括用充分细的编织式样的塑料或金属织物覆盖的圆柱形管或圆片样(wafer-like)结构。该过滤元件可为具有过滤元件孔隙的多孔结构，从而允许某一尺寸的材料穿过过滤装置。该助滤材料可包含一种或多种过滤组分，其例如可为无机粉末或有机纤维材料。这样的助滤材料可与过滤元件组合使用以增强过滤性能。
例如，在被称为“预涂”的方法中，可将该助滤材料最初施用到过滤元件的隔板上。预涂通常可包括混合水和助滤材料的浆料，并将该浆料引入流经该隔板的物流中。在该过程期间，助滤材料的薄层(例如，约1.5mm-约3.0mm)最后可沉积在该隔板上，因此形成过滤装置。
在流体的过滤期间，在该流体中的各种不溶性颗粒可被助滤材料捕集。助滤材料和待除去的颗粒和/或成分的组合层聚积在该隔板的表面上。这些组合层被称为“滤饼”。随着越来越多的颗粒和/或成分沉积在滤饼上，该滤饼可变得被碎屑饱和，达到流体不再能够穿过隔板的程度。
为了对抗该情形，可使用被称为“主体进料(body feeding)”的方法。主体进料是在流体到达滤饼之前将另外的助滤材料引入待过滤的流体中的方法。该助滤材料将沿着未过滤流体的路径且最终到达滤饼。在到达滤饼后，加入的助滤材料将以类似于在预涂过程期间助滤材料如何与隔板结合的方式与滤饼结合。该另外的助滤材料层可造成滤饼溶胀并增厚，并且可增加滤饼截留另外碎屑的能力。该助滤剂典型地具有开放的多孔结构，这保持了滤饼中的开放结构，因此确保滤饼的持续渗透。
在流体过滤领域中，可将硅藻土和天然玻璃用作助滤剂。硅藻土产物可从硅藻土(也称作“DE”或“硅藻土”)中得到，其通常被称为以硅藻的硅质骨架(藻壳)形式的生物源二氧化硅(即，由活有机体生成或产生的二氧化硅)富集的沉积物。硅藻是具有包括两个壳瓣的变化且复杂的结构的华丽硅质骨架的通常属于硅藻纲的微观单细胞金褐藻的多种阵列，这两个壳瓣在活硅藻中装配在一起，很像药丸盒。
硅藻土可由水生硅藻的残骸形成，因此，硅藻土沉积物可在当前或先前的水体附近见到。那些沉积物通常基于来源：淡水和咸水而被分成两类。淡水硅藻土通常从干湖床开采并且可表征为具有低结晶二氧化硅含量和高铁含量。相比之下，咸水硅藻土通常从海洋地区获取并且可表征为具有高结晶二氧化硅含量和低铁含量。
常称为“火山玻璃”的天然玻璃通常通过快速冷却硅质岩浆或熔岩形成。几种类型的天然玻璃是已知的，例如包括珍珠岩、浮石、浮岩、黑曜岩、松脂岩和火山灰。在加工之前，珍珠岩可为灰至绿色的，具有导致其破碎成小珍珠状物质的丰富的球形裂缝。珍珠岩在加工时可能热膨胀。浮石是轻质玻璃质泡状岩石。黑曜岩可为黑色的，具有玻璃光泽和特征性贝壳状断面。松脂岩具有蜡质树脂光泽且可为褐色、绿色或灰色的。例如珍珠岩和浮石的火山玻璃在块状矿床(massive deposit)中出现并且发现了广泛的商业用途。在以强化形式时常称为“凝灰(tuff)”的火山灰可包含可以玻璃质形式的小颗粒或碎片。
在过滤领域中，从流体中分离颗粒的方法可采用硅藻土产物或天然玻璃产物作为助滤剂。硅藻土独有的复杂且多孔的结构在一些情况下可在过滤过程中有效地物理截留颗粒。已知采用硅藻土产物来改进表现出“混浊度(Turbidity)”或含有悬浮颗粒或微粒物质的流体的透明度。“混浊度”是流体的混浊度(cloudiness)或浑浊度(haziness)，其中混浊可由悬浮在流体中的单个颗粒所引起。可导致流体混浊的材料例如包括粘土、淤泥、有机物质、无机物质和微观生物体。
硅藻土和天然玻璃可在过滤的各种方面中使用。例如，作为预涂的一部分，可将硅藻土或天然玻璃产物施用到过滤隔板以帮助实现例如以下各项中的任一项或多项：保护隔板、改进透明度和加快滤饼去除。作为主体进料的一部分，可将硅藻土或天然玻璃直接加到待过滤的流体中以帮助实现例如以下任一项或两项：增加流速和延长过滤周期。根据具体分离方法的需求，可将硅藻土或天然玻璃用于包括但不限于预涂阶段和主体进料阶段的多个阶段中。
已知的硅藻土或天然玻璃产物可能受困于许多特性，这些特性使得它们不适合过滤用途，导致它们不是期望的，或者导致它们在特定应用如过滤应用中具有不良或可改进的性能。例如，已知的硅藻土或天然玻璃产物可具有高结晶二氧化硅含量、高杂质含量和低渗透率中的至少一项。因此，可能期望改进硅藻土或天然玻璃产物，使得它们在指定的应用中具有改进的性能，例如，在过滤应用中，较低的杂质含量和/或较高的渗透率。
概述
根据第一方面，复合助滤剂包含硅藻土、天然玻璃和沉淀二氧化硅黏合料，其中所述助滤剂具有2-20达西的渗透率。例如，所述助滤剂具有9-20达西或15-20达西的渗透率。所述硅藻土可从淡水源或咸水源得到。根据另一方面，所述硅藻土包括煅烧的硅藻土和助熔剂煅烧的硅藻土中的至少一种。所述天然玻璃可包括珍珠岩、火山灰、浮石、白州砂(shirasu)、黑曜岩、松脂岩和稻壳灰中的至少一种。所述沉淀二氧化硅黏合料可包括硅酸钠和/或硅酸钾。
根据另一方面，所述复合助滤剂具有10-30微米的d10、30-70微米的d50和80-120微米的d90。所述硅藻土具有5-15微米的d10、20-70微米的d50和50-130微米的d90。所述天然玻璃具有10-30微米的d10、15-80微米的d50和50-150微米的d90。
根据再一方面，所述硅藻土与所述天然玻璃的重量比率为1:99至99:1。例如，所述硅藻土与所述天然玻璃的重量比率为1:3至3:1。
根据另一方面，所述复合助滤剂具有5m2/g-50m2/g的BET表面积。根据再一方面，所述复合助滤剂具有5-35微米的中值孔径和5-40m2/g的表面积。根据另一方面，所述复合助滤剂的孔隙度为3-7L/mg。
根据又一方面，所述复合助滤剂具有如通过ASBC测量小于5ppm的啤酒可溶性铁含量。例如，所述助滤剂具有如通过ASBC测量小于1ppm的啤酒可溶性铁含量。
根据再一方面，所述助滤剂具有小于20重量%的方英石含量。例如，所述助滤剂具有小于10重量%、小于6重量%或小于1重量%的方英石含量。
根据另一方面，所述助滤剂具有10-16lbs/ft3的湿密度。根据另一方面，所述助滤剂具有9-15lbs/ft3的湿密度。
根据再一方面，复合助滤剂包含硅藻土、珍珠岩和沉淀二氧化硅黏合料，其中所述助滤剂具有小于15lbs/ft3的湿密度。
根据又一方面，制备复合材料的方法包括共混硅藻土和珍珠岩，将碱金属硅酸盐加到所述共混的硅藻土和珍珠岩中并使所述碱金属硅酸盐作为黏合料沉淀以制备所述复合材料。所述方法还可包括将所述碱金属硅酸盐分散在水中。例如，所述方法还可包括在将所述碱金属硅酸盐加到所述共混的硅藻土和珍珠岩中之前将所述碱金属硅酸盐分散在水中。所述方法还可包括混合所述碱金属硅酸盐与所述共混的硅藻土和珍珠岩。所述方法还可包括将所述混合的碱金属硅酸盐和共混的硅藻土和珍珠岩分级。所述方法还可包括干燥所述混合的碱金属硅酸盐和共混的硅藻土和珍珠岩。例如，所述干燥可包括将所述混合的碱金属硅酸盐和共混的硅藻土和珍珠岩加热到100℃-200℃的温度。所述方法还可包括在干燥所述混合物之后将所述混合物分级。所述方法还可包括，在共混硅藻土和珍珠岩之前，煅烧所述硅藻土。
根据再一方面，过滤饮料的方法包括使用复合助滤剂和/或复合材料。例如，所述复合助滤剂可包含硅藻土、天然玻璃和沉淀二氧化硅黏合料，其中所述助滤剂具有2-20达西的渗透率。所述复合助滤剂可包含硅藻土、珍珠岩和沉淀二氧化硅黏合料，其中所述助滤剂具有小于15lbs/ft3的湿密度。
应理解，以上概述与以下详述两者都只是例示性和说明性的，而并未限制如所要求保护的本发明。
附图简述
图1为根据复合材料的一个例示性实施方案硅藻土和珍珠岩的共烧结颗粒的实例的扫描电子显微照片；
图2为描绘四种例示性助滤剂的压力对过滤时间的曲线图；
图3为描绘在图2中显示的四种例示性助滤剂的混浊度对过滤时间的曲线图。
例示性实施方案的描述
根据一些实施方案，复合材料可包含硅藻土和天然玻璃的共烧结物。例如，可将硅藻土和天然玻璃共混并使其与二氧化硅黏合料的溶液接触，从而使共混的硅藻土和天然玻璃共烧结。该复合材料可作为例如助滤剂使用。所得助滤剂可表现出增加的渗透率和/或降低的混浊度。虽然不希望受理论限制，但认为硅藻土和天然玻璃的共烧结产生彼此附着的硅藻土和天然玻璃颗粒，以形成相对于没有共烧结的硅藻土和天然玻璃颗粒的共混物而言较大的颗粒。
根据一些实施方案，复合助滤剂包含硅藻土、天然玻璃和沉淀二氧化硅黏合料，其中该助滤剂具有2-20达西的渗透率。例如，该助滤剂具有9-20达西或15-20达西的渗透率。该硅藻土可从淡水源或咸水源得到。根据一些实施方案，该硅藻土包括煅烧的硅藻土和助熔剂煅烧的硅藻土中的至少一种。该天然玻璃可包括珍珠岩、火山灰、浮石、白州砂、黑曜岩、松脂岩和稻壳灰中的至少一种。根据一些实施方案，该沉淀二氧化硅黏合料可包括硅酸钠和/或硅酸钾。
根据一些实施方案，该复合助滤剂具有10-30微米的d10、30-70微米的d50和80-120微米的d90。根据一些实施方案，该硅藻土具有7-20微米的d10、20-50微米的d50和60-120微米的d90。根据一些实施方案，该天然玻璃具有10-20微米的d10、30-70微米的d50和100-160微米的d90。
根据一些实施方案，硅藻土与天然玻璃的重量比率为1:99至99:1。例如，硅藻土与天然玻璃的重量比率为1:3至3:1。
根据一些实施方案，该复合助滤剂具有5m2/g-50m2/g的BET表面积。根据一些实施方案，该复合助滤剂具有5-35微米的中值孔径和/或5-40m2/g的表面积。根据一些实施方案，该复合助滤剂的孔隙度为3-7L/mg。
根据一些实施方案，该复合助滤剂具有如通过ASBC测量小于5ppm的啤酒可溶性铁含量。例如，该助滤剂具有如通过ASBC测量小于1ppm的啤酒可溶性铁含量。
根据一些实施方案，该复合助滤剂具有小于20重量%的方英石含量。例如，该助滤剂具有小于10重量%、小于6重量%或小于1重量%的方英石含量。
根据一些实施方案，该助滤剂具有10-16lbs/ft3的湿密度。根据另一方面，该助滤剂具有9-15lbs/ft3的湿密度。
根据一些实施方案，复合助滤剂包含硅藻土、珍珠岩和沉淀二氧化硅黏合料，其中该助滤剂具有小于15lbs/ft3的湿密度。
根据一些实施方案，制备复合助滤剂的方法包括共混硅藻土和珍珠岩，将碱金属硅酸盐加到该共混的硅藻土和珍珠岩中并使该碱金属硅酸盐作为黏合料沉淀以制备该复合材料。该方法还可包括将该碱金属硅酸盐分散在水中。例如，该方法还可包括在将该碱金属硅酸盐加到该共混的硅藻土和珍珠岩中之前将该碱金属硅酸盐分散在水中。该方法还可包括混合该碱金属硅酸盐和该共混的硅藻土和珍珠岩。根据一些实施方案，该方法还可包括将该混合的碱金属硅酸盐和共混的硅藻土和珍珠岩分级。该方法还可包括干燥该混合的碱金属硅酸盐和共混的硅藻土和珍珠岩。例如，该干燥可包括将该混合的碱金属硅酸盐和共混的硅藻土和珍珠岩加热到100℃-200℃的温度。该方法还可包括，在干燥该混合物之后，将该混合物分级。该方法还可包括，在共混硅藻土和珍珠岩之前，煅烧该硅藻土，
根据一些实施方案，过滤饮料的方法包括使用复合助滤剂和/或复合材料。例如，该复合助滤剂或复合材料可包含硅藻土、天然玻璃和沉淀二氧化硅黏合料，其中该助滤剂具有2-20达西的渗透率。该复合助滤剂和/或复合材料可包含硅藻土、珍珠岩和沉淀二氧化硅黏合料，其中该助滤剂具有小于15lbs/ft3的湿密度。
天然硅藻土
用于制备硅藻土产物的方法包括至少一种天然硅藻土作为起始材料。本文使用的术语“天然硅藻土”是指没有经受足以诱发大于1%方英石形成的热处理(例如，煅烧)的任何硅藻土材料。例如，“天然硅藻土”可包括包含未煅烧的硅藻土的硅藻土。在一些实施方案中，该至少一种天然硅藻土从咸水源得到。在一些实施方案中，该至少一种天然硅藻土从淡水源得到。在其他实施方案中，该至少一种天然硅藻土为能够以其粗制形式或在使材料经受一个或多个加工步骤之后用于例如复合助滤剂的复合材料中的任何硅藻土材料。在一些实施方案中，该至少一种天然硅藻土为没有经受至少一个热处理的任何硅藻土材料。在其他实施方案中，该至少一种天然硅藻土为没有经受煅烧的任何硅藻土材料。该硅藻土的平均粒度为5-200微米，表面积为1-80m2/g，孔隙体积为2-10L/mg，中值孔径为1-20微米。
如前所述，天然硅藻土通常为包括聚积在海水或淡水环境中的单细胞藻类植物—硅藻的化石化骨架的沉积生物源二氧化硅沉积物。蜂窝状的二氧化硅结构通常赋予硅藻土有用的特性，例如吸收能力和表面积、化学稳定性和低堆积密度。在一些实施方案中，天然硅藻土包含与其他物质混合的约90% SiO2。在一些实施方案中，粗硅藻土包含约90% SiO2，加各种金属氧化物，例如但不限于Al、Fe、Ca和Mg氧化物。
该至少一种天然硅藻土可具有技术人员现在已知或在下文发现的任何各种适当形式。在一些实施方案中，该至少一种天然硅藻土是未加工的(例如，其没有经受化学和/或物理改性方法)。在不希望受理论限制的情况下，在天然硅藻土中的杂质(例如粘土和有机物质)在一些情况下可提供较高的阳离子交换能力。在一些实施方案中，该至少一种天然硅藻土在开采或提取之后经历最少的加工。在一些实施方案中，该至少一种天然硅藻土经受至少一种物理改性方法。可能的物理改性方法的一些实例包括但不限于研磨、干燥和空气分级。在一些实施方案中，该至少一种天然硅藻土经受至少一种化学改性方法。化学改性方法的实例为硅烷化，但考虑其他化学改性方法。可使用硅烷化以使用适合硅酸盐矿物的方法使得该至少一种天然硅藻土的表面更疏水或更亲水。
天然玻璃
本文使用的术语“天然玻璃”是指通常称为火山玻璃的天然玻璃，其通过快速冷却硅质岩浆或熔岩形成。几种类型的天然玻璃是已知的，例如包括珍珠岩、浮石、浮岩、白州砂、黑曜岩和松脂岩。在加工之前，珍珠岩可为灰至绿色的，具有导致其破碎成小珍珠状物质的丰富的球形裂缝。浮石为轻质玻璃质泡状岩石。黑曜岩可为黑色的，具有玻璃光泽和特征性贝壳状断面。松脂岩具有蜡质树脂光泽且可为褐色、绿色或灰色的。例如珍珠岩和浮石的火山玻璃在块状矿床(massive deposit)中出现并且发现了广泛的商业用途。在以强化形式时常称为“凝灰(tuff)”的火山灰包含可以玻璃质形式的小颗粒或碎片。本文使用的术语天然玻璃涵盖火山灰。
天然玻璃在化学上可等同于流纹岩(rhyolite)。化学上等同于粗面岩(trachyte)、英安岩(dacite)、安山岩(andesite)、安粗岩(latite)和玄武岩(basalt)的天然玻璃是已知的，但可能不太常见。术语“黑曜石”通常适用于富含二氧化硅的大量天然玻璃。黑曜岩玻璃可根据它们的二氧化硅含量分成多个子类，其中流纹型黑曜岩(rhyolitic obsidians)(典型地含有约73重量% SiO2)是最常见的。
珍珠岩为水合天然玻璃，其可含有例如约72-约75% SiO2、约12-约14% Al2O3、约0.5-约2% Fe2O3、约3-约5% Na2O、约4-约5% K2O、约0.4-约1.5% CaO(重量)和少量的其他金属元素。珍珠岩与其他天然玻璃的不同之处可在于较高含量(例如约2-约5重量%)的化学结合水、存在玻璃质、珍珠光泽和特征性同心或弧形洋葱皮样(即，珍珠状)裂纹。
珍珠岩产物可通过研磨和热膨胀制备，并且可具有例如高孔隙度、低堆积密度和化学惰性的独特物理性质。研磨膨胀的珍珠岩的平均粒度为5-200微米，孔隙体积为2-10L/mg，其中中值孔径为5-20微米。
浮石为以中孔结构(例如，具有高达约1mm的尺寸的孔或气泡)为特征的天然玻璃。浮石的多孔性给予其极低的表观密度，在很多情况下，允许其漂浮在水面上。大多数商业浮石含有约60重量%-约70重量%的SiO2。浮石可通过研磨和分级加工，并且可将产物用作轻质烧结物以及磨料、吸附剂和填料。未膨胀的浮石和热膨胀的浮石也可用作过滤组分。
二氧化硅黏合料
硅藻土和天然玻璃可经受与至少一种二氧化硅黏合料的至少一个共烧结。例如，在一些实施方案中，该二氧化硅黏合料为至少一种碱金属二氧化硅黏合料。在一些实施方案中，该二氧化硅黏合料为硅酸钠和硅酸钾中的至少一种。
共烧结
硅藻土材料、天然玻璃和二氧化硅黏合料的共烧结或热处理过的硅藻土、天然玻璃和二氧化硅黏合料的共烧结可经由技术人员现在已知或在下文发现的任何适当烧结方法发生。例如，在一些实施方案中，共烧结包括制备二氧化硅黏合料的至少一种水溶液，并使该二氧化硅黏合料溶液与硅藻土和天然玻璃的共混物接触。例如，在使用多种二氧化硅黏合料、多种硅藻土和/或多种天然玻璃溶液时，可进行一次或多次烧结。
在一些实施方案中，接触包括混合该二氧化硅黏合料溶液与硅藻土和天然玻璃的共混物。在一些实施方案中，该混合包括搅拌。在一些实施方案中，将该硅藻土材料和天然玻璃的共混物与二氧化硅黏合料溶液充分混合以将该二氧化硅黏合料溶液至少基本均匀地分布在硅藻土和天然玻璃接触的烧结点之中。在一些实施方案中，该硅藻土和天然玻璃的共混物与该二氧化硅黏合料溶液在充分搅拌下混合以将该二氧化硅黏合料溶液至少基本均匀地分布在硅藻土和天然玻璃的共混物接触的烧结点之中，而不损坏硅藻土或天然玻璃的结构。在一些实施方案中，该接触包括低剪切混合。
在一些实施方案中，混合发生约1小时。在其他实施方案中，混合发生小于约1小时。在其他实施方案中，混合发生约30分钟。在又一实施方案中，混合发生约20分钟。在其他实施方案中，混合发生约10分钟。
在一些实施方案中，混合在约室温(即，约20℃-约23℃)下发生。在其他实施方案中，混合在约20℃-约50℃的温度下发生。在其他实施方案中混合在约30℃-约45℃的温度下发生。在其他实施方案中，混合在约35℃-约40℃的温度下发生。
根据一些实施方案，接触包括用至少一种二氧化硅黏合料溶液喷淋硅藻土和天然玻璃的共混物。在一些实施方案中，该喷淋为间歇的。在其他实施方案中，该喷淋为连续的。在其他实施方案中，喷淋包括在用该至少一种二氧化硅黏合料溶液喷淋的同时混合该硅藻土和天然玻璃的共混物，例如以将接触的不同烧结点暴露于喷剂。在一些实施方案中，所述混合为间歇的。在其他实施方案中，所述混合为连续的。
在一些实施方案中，该至少一种二氧化硅黏合料以相对于该至少一种黏合料溶液的重量而言小于约40重量%的量存在于在该黏合料溶液中。在一些实施方案中，该至少一种二氧化硅黏合料为约1重量%-约10重量%。在其他实施方案中，该至少一种二氧化硅黏合料为约1重量%-5重量%。
该至少一种二氧化硅黏合料的该至少一种水溶液可用水制备。在一些实施方案中，该水为去离子水。在一些实施方案中，该水为超纯水。在其他实施方案中，该水在与该至少一种二氧化硅黏合料接触之前已经被处理以除去或降低金属、毒素和/或其他不期望有的元素的水平。
与该硅藻土和天然玻璃的共混物接触的至少一种水溶液的量可为约0.25份-约1.5份水溶液/份共混物。在一些实施方案中，约1份水溶液与约1份共混物接触。
分级
在该烧结之前和/或之后，该硅藻土和/或该天然玻璃可经受至少一个分级步骤。例如，在至少一个热处理之前和/或之后，在一些实施方案中，该硅藻土可经受至少一个分级步骤。在一些实施方案中，该硅藻土材料和/或天然玻璃的粒度使用本领域熟知的几种技术中的任一种调节到合适或期望的大小。在一些实施方案中，该硅藻土材料和/或天然玻璃经受至少一个机械分离以调节粉末粒度分布。适当的机械分离技术为技术人员所熟知并且包括但不限于研磨、磨碎、筛选、挤出、摩擦静电分离、液体分级、陈化和空气分级。
热处理
天然硅藻土、天然玻璃和/或共烧结的硅藻土和天然玻璃可经受至少一个热处理。适当的热处理方法为技术人员所熟知，并且包括现在已知或可在下文中发现的那些。在一些实施方案中，该至少一个热处理减少在热处理过的硅藻土和/或天然玻璃中有机物和/或挥发物的量。在一些实施方案中，该至少一个热处理包括至少一个煅烧。在一些实施方案中，该至少一个热处理包括至少一个助熔剂煅烧。在一些实施方案中，该至少一个热处理包括至少一个焙烧。
煅烧可根据技术人员现在已知或在下文发现的任何适当方法进行。在一些实施方案中，煅烧在低于硅藻土和/或天然玻璃的熔点的温度下进行。在一些实施方案中，煅烧在约600℃-约1100℃的温度下进行。在一些实施方案中，该煅烧温度为约600℃-约700℃。在一些实施方案中，该煅烧温度为约700℃-约800℃。在一些实施方案中，该煅烧温度为约800℃-约900℃。在一些实施方案中，该煅烧温度选自约600℃、约700℃、约800℃、约900℃、约1000℃和约1100℃。在较低温度下的热处理可产生超过制备硅藻土和/或天然玻璃的其他方法的能源节约。
助熔剂煅烧包括在至少一种助熔剂存在下进行至少一个煅烧。助熔剂煅烧可根据技术人员现在已知或在下文发现的任何适当方法进行。在一些实施方案中，该至少一种助熔剂为技术人员现在已知或在下文中发现可充当助熔剂的任何材料。在一些实施方案中，该至少一种助熔剂为包含至少一种碱金属的盐。在一些实施方案中，该至少一种助熔剂选自碳酸盐、硅酸盐、氯化物和氢氧化物盐。在其他实施方案中，该至少一种助熔剂选自钠、钾、铷和铯盐。在更进一步的实施方案中，该至少一种助熔剂选自钠、钾、铷和铯的碳酸盐。
焙烧可根据技术人员现在已知或在下文发现的任何适当方法进行。在一些实施方案中，焙烧是在通常较低的温度下进行的煅烧方法，其帮助避免在硅藻土和/或天然玻璃中形成结晶二氧化硅。在一些实施方案中，焙烧在约450℃-约900℃的温度下进行。在一些实施方案中，该焙烧温度为约500℃-约800℃。在一些实施方案中，该焙烧温度为约600℃-约700℃。在一些实施方案中，该焙烧温度为约700℃-约900℃。在一些实施方案中，该焙烧温度选自约450℃、约500℃、约600℃、约700℃、约800℃和约900℃。
根据一些实施方案，硅藻土和/或天然玻璃可经受至少一个热处理，接着使热处理过的硅藻土和/或热处理过的天然玻璃与至少一种二氧化硅黏合料共烧结。
复合材料
通过本文所述的方法制备的复合材料可具有一种或多种有益特性，使得它们合乎期望地用于一种或多种指定应用中。在一些实施方案中，这些复合材料可作为助滤剂组合物的一部分使用。在一些实施方案中，助滤剂组合物可包含至少一种复合材料。
本文公开的复合助滤剂可具有适合在助滤剂组合物中使用的渗透率。渗透率可通过技术人员现在已知或在下文发现的任何适当测量技术测量。渗透率通常以达西为单位或用达西度量，如通过具有1mPa•s粘度的流体在1大气压的施加压力差下以1cm3/秒的流速流过1cm高、1cm2横截面的多孔床的渗透率所测定。测量多孔介质的渗透率的原理先前源自达西定律(Darcy’s law)(参见，例如J. Bear,“The Equation of Motion of a Homogeneous Fluid: Derivations of Darcy’s Law,”，Dynamics of Fluids in Porous Media(在流体在多孔介质中的动力学)，161-177(第二版，1988))中。存在可与渗透率相关的一系列装置和方法。在可用于测量渗透率的一种例示性方法中，专门构造的装置设计用以由过滤介质在水中的悬浮液在隔板上形成滤饼；测量规定体积的水流过所测量厚度的已知横截面积的滤饼所需要的时间。
在一些实施方案中，该复合材料具有约2达西-约20达西的渗透率。在一些实施方案中，该复合材料具有约3达西-约16达西的渗透率。在一些实施方案中，该复合材料具有约5达西-约16达西的渗透率。在一些实施方案中，渗透率为约9达西-约16达西。在一些实施方案中，该渗透率为约11达西-约16达西。
本文公开的复合材料具有粒度。粒度可通过技术人员现在已知或在下文发现的任何适当测量技术测量。在一种例示性方法中，粒度和例如粒度分布(“psd”)的粒度性质使用Leeds和Northrup Microtrac X100激光粒度分析器(Leeds和Northrup, North Wales, Pennsylvania, USA)测量，其可测量在0.12μm-704μm粒度范围上的粒度分布。指定颗粒的尺寸根据通过悬浮液沉积的当量直径的球形的直径表示，也称作当量球径或“esd”。中值粒度或d50值为其中50重量%的颗粒具有小于该d50值的esd的值。d10值为其中10重量%的颗粒具有小于该d10值的esd的值。d90值为其中90重量%的颗粒具有小于该d90值的esd的值。
在一些实施方案中，该复合材料的d10为约10μm-约30μm。在一些实施方案中，该d10为约15μm-约30μm。在一些实施方案中，该d10为约20μm-约30μm。
在一些实施方案中，该复合材料的d50为约30μm-约70μm。在一些实施方案中，该d50为约50μm-约70μm。在一些实施方案中，该d50为约60μm-约70μm。
在一些实施方案中，该复合材料的d90为约80μm-约120μm。在一些实施方案中，该d90为约90μm-约120μm。在一些实施方案中，该d90为约100μm-约120μm。在一些实施方案中，该d90为约110μm-约120μm。
本文公开的复合材料可具有低结晶二氧化硅含量。结晶二氧化硅的形式包括但不限于石英、方英石和鳞石英。在一些实施方案中，该复合材料具有比未经受与至少一种二氧化硅黏合料的至少一种共烧结的复合材料低的至少一种结晶二氧化硅的含量。
本文公开的复合材料可具有低方英石含量。方英石含量可通过技术人员现在已知或在下文发现的任何适当测量技术测量。在一种例示性方法中，方英石含量通过X-射线衍射测量。方英石含量可例如通过在H. P. Klug和L. E. Alexander，X-Ray Diffraction Procedures for Polycrystalline and Amorphous Materials(用于多晶和无定形材料的X-射线衍射方法)，531-563 (第二版，1972)中概述的定量X-射线衍射法测量，该文献通过引用全文结合到本文中。根据该方法的一个实例，将样品用研钵和研棒研磨成细粉，随后装载回到样品夹持器中。将样品及其夹持器放置在X-射线衍射系统的射束路径中并暴露于使用40kV的加速电压和20mA的电流聚焦在铜靶上的瞄准X射线。衍射数据通过在代表方英石的晶格结构内的晶面间距的角区上步进扫描获取，产生最大的衍射强度。该区为21-23 2θ(2-theta)，在以0.05 2θ步长收集数据，每步计数20秒。净积分峰强度与通过标准添加法在无定形二氧化硅中制备的方英石的标准物的那些比较，从而测定方英石相在样品中的重量%。
在一些实施方案中，该方英石含量小于约20重量%。在一些实施方案中，该方英石含量小于约10重量%。在一些实施方案中，该方英石含量小于约6重量%。在一些实施方案中，该方英石含量小于约1重量%。在一些实施方案中，该复合材料具有比未经受与天然玻璃和至少一种二氧化硅黏合料共烧结的材料低的方英石含量。
本文公开的复合材料可具有低石英含量。石英含量可通过技术人员现在已知或在下文发现的任何适当测量技术测量。在一种例示性方法中，石英含量通过X-射线衍射测量。例如，石英含量可通过与上文对于方英石含量所述相同的X-射线衍射法测量，不同之处在于，该2θ区为26.0-27.5度。在一些实施方案中，该石英含量小于约0.5重量%。在一些实施方案中，该石英含量小于约0.25重量%。在一些实施方案中，该石英含量小于约0.1重量%。在一些实施方案中，该石英含量为约0重量%。在一些实施方案中，该石英含量为约0%-约0.5重量%。在一些实施方案中，该石英含量为约0%-约0.25重量%。
本文公开的复合材料可具有可测量的孔隙体积。孔隙体积可通过技术人员现在已知或在下文发现的任何适当测量技术测量。在一种例示性方法中，孔隙体积用得自Micromeritics Instrument Corporation (Norcross, Georgia, USA)的AutoPore IV 9500系列汞压测孔仪测量，其可确定0.006-600μm的测量孔径。用于测量本文公开的复合材料的孔隙体积时，该测孔仪的接触角设定为130度，且压力为0-33,000psi。在一些实施方案中，该孔隙体积大致等于产生其的至少一种天然硅藻土和/或天然玻璃。在一些实施方案中，该孔隙体积为约3mL/g-约10mL/g。在一些实施方案中，该孔隙体积为约4mL/g-约8mL/g。在一些实施方案中，该孔隙体积为约5mL/g-约7mL/g。在一些实施方案中，该孔隙体积为约6mL/g。
本文公开的复合材料可具有可测量的中值孔径。中值孔径可通过技术人员现在已知或在下文发现的任何适当测量技术测量。在一种例示性方法中，如上所述，中值孔径用AutoPore IV 9500系列汞压测孔仪测量。在一些实施方案中，该中值孔径为约10μm-约40μm。在一些实施方案中，该中值孔径为约15μm-约30μm。在一些实施方案中，该中值孔径为约20μm-约30μm。
本文公开的复合材料可具有可测量的湿密度，这在本文中指离心湿密度的测量。根据一种例示性方法，为了测量湿密度，将约1.00-约2.00g的已知重量的复合材料样品置于校准的15mL离心管中，向其中加入去离子水，达到约10mL的体积。将混合物彻底振荡，直至所有样品都变湿，并且没有剩下粉末。在离心管的顶部周围加入另外的去离子水，以冲下因振荡而附着到管侧面的任何混合物。将该管在装备有221型浮桶式转子(International Equipment Company; Needham Heights, Massachusetts, USA)的IEC Centra® MP-4R离心机上在2500rpm下离心5分钟。在离心之后，在不扰动固体的情况下谨慎地移出管，且以cm3度量沉降物质的量(即，体积)。粉末的离心湿密度通过将样品重量除以测量的体积来容易地计算。在一些实施方案中，该湿密度为约10lbs/ft3-约20lbs/ft3。在一些实施方案中，该湿密度为约10lbs/ft3-约16lbs/ft3。
本文公开的复合材料可包含至少一种可溶性金属。本文使用的术语“可溶性金属”是指可溶解于至少一种液体中的任何金属。可溶性金属为本领域技术人员所知并且包括但不限于铁、铝、钙、钒、铬、铜、锌、镍、镉和汞。在使用包含复合材料的助滤剂过滤至少一种液体时，至少一种可溶性金属可从该复合材料助滤剂中分解并进入该液体中。在许多应用中，该液体的金属含量的这种增加可能是不希望有的和/或不可接受的。例如，当使用包含复合材料的助滤剂来过滤啤酒时，溶解于啤酒中的来自该助滤剂的高含量的铁可不利地影响感觉或其他性质，包括但不限于味道和储存期限。
可使用测量复合材料中至少一种可溶性金属的量的任何适当方案或试验，包括技术人员现在已知或在下文发现的那些。例如，酿造工业已经研发了至少一种方案来测量复合材料助滤剂的啤酒可溶性铁(BSI)。BSI是指包含在例如啤酒的液体存在下分解的材料的助滤剂的铁含量，其可以ppm度量。欧洲饮料公约(EBC)方法使液体邻苯二甲酸氢钾与助滤剂接触且随后分析液体的铁含量。更具体地讲，该EBC方法使用例如邻苯二甲酸氢钾(KHP，KHC8H4O4)的10g/L溶液作为提取剂以及指定量的助滤材料，总接触时间为2小时。提取物的铁浓度随后通过FERROZINE方法分析。
在一些实施方案中，当使用ASBC方法测量时，本文公开的复合材料的啤酒可溶性铁小于约1ppm-约5ppm。在一些实施方案中，该啤酒可溶性铁为约1ppm-约4ppm。在一些实施方案中，该啤酒可溶性铁为约1ppm-约2ppm。在一些实施方案中，该啤酒可溶性铁小于约1ppm。
本文公开的复合材料可具有可测量的BET表面积。本文使用的BET表面积是指根据Brunauer、Emmett和Teller(“BET”)理论计算物理吸收分子的比表面积的技术。BET表面积可通过技术人员现在已知或在下文发现的任何适当测量技术测量。在一种例示性方法中，BET表面积用得自Micromeritics Instrument Corporation (Norcross, Georgia, USA)的Gemini III 2375表面积分析仪使用纯氮气作为吸附剂气体测量。在一些实施方案中，该BET表面积比并非根据本文所述的实施方案生成的材料(例如，没有使硅藻土和天然玻璃与至少一种二氧化硅黏合料共烧结)大。在一些实施方案中，该BET表面积为约1m2/g-约50m2/g。在一些实施方案中，该BET表面积为约5m2/g-约30m2/g。在一些实施方案中，该BET表面积大于约10m2/g。
复合材料的例示性用途
本文公开的例示性复合材料可用于多种方法、应用和材料中的任一种中。例如，该复合材料可在其中期望具有高BET表面积的产物的至少一种方法、应用或材料中使用。
例如，可将该复合材料加入助滤材料或组合物中。包含至少一种复合材料的助滤剂组合物可任选包含至少一种另外的助滤介质。合适的另外助滤介质的实例包括但不限于天然或合成的硅酸盐或硅铝酸盐材料、未改进的硅藻土、咸水硅藻土、膨胀珍珠岩、浮岩、天然玻璃、纤维素、活性木炭、长石、霞石正长岩(nepheline syenite)、海泡石、沸石和粘土。
该至少一种另外的过滤介质可以任何合适的量存在。例如，该至少一种另外的助滤介质可以约0.01-约100份至少一种另外的过滤介质/份复合材料存在。在一些实施方案中，该至少一种另外的过滤介质以约0.1-约10份存在。在一些实施方案中，该至少一种另外的过滤介质以约0.5-5份存在。
该助滤剂组合物可成型为能够作为过滤方法中的载体或基板使用的薄板、垫、滤筒或其他整体或集合介质(monolithic or aggregate media)。在助滤剂组合物的制造中的考虑因素可包括各种参数，包括但不限于组合物的总可溶性金属含量、组合物的中值可溶性金属含量、粒度分布、孔径、成本和利用度。
包括至少一种复合材料的助滤剂组合物可在多种方法和组合物中使用。在一些实施方案中，该助滤剂组合物施用到过滤隔板以保护其和/或改进在过滤方法中待过滤的液体的透明度。在一些实施方案中，该助滤剂组合物直接加到待过滤的饮料中以增加流速和/或延长过滤周期。在一些实施方案中，该助滤剂组合物在过滤方法中作为预涂层使用，用于主体进料中，或用于预涂层和主体进料两者的组合中。
该复合材料的实施方案也可用于多种过滤方法中。在一些实施方案中，该过滤方法包括用至少一种复合材料预涂覆至少一种过滤元件，和使至少一种待过滤的液体与该至少一种涂覆的过滤元件接触。在这样的实施方案中，该接触可包括使该液体穿过该过滤元件。在一些实施方案中，该过滤方法包括使至少一种复合材料助滤剂悬浮在含有有待从液体中除去的颗粒的至少一种液体中，此后从过滤的液体中分离助滤剂。
包含至少一种本文公开的复合材料的助滤剂也可用以过滤各种类型的液体。技术人员容易地了解可用包括至少包含本文公开的复合材料的助滤剂的方法过滤的液体。在一些实施方案中，该液体为饮料。例示性饮料包括但不限于植物基汁液、果汁、烈性酒和麦芽基液体。例示性麦芽基液体包括但不限于啤酒和酒。在一些实施方案中，该液体为在冷冻后趋于形成浑浊(haze)的液体。在一些实施方案中，该液体为在冷冻后趋于形成浑浊的饮料。在一些实施方案中，该液体为啤酒。在一些实施方案中，该液体为油。在一些实施方案中，该液体为食用油。在一些实施方案中，该液体为燃料油。在一些实施方案中，该液体为水，包括但不限于废水。在一些实施方案中，该液体为血液。在一些实施方案中，该液体为清酒。在一些实施方案中，该液体为甜味料，例如玉米糖浆或糖蜜。
本文公开的复合材料也可用于非过滤的应用中。在一些实施方案中，该复合材料可作为填料应用中的复合材料如在建设或建筑材料中的填料使用。在一些实施方案中，该复合材料可用于改变油漆、釉料、漆或相关涂料和成品的外观和/或性质。在一些实施方案中，该复合材料可用于纸制剂和/或纸加工应用中。在一些实施方案中，该复合材料可用于为聚合物提供防阻塞(anti-block)和/或增强性质。在一些实施方案中，该复合材料可作为磨料使用或用于磨料中。在一些实施方案中，该复合材料可用于打磨或用于打磨组合物中。在一些实施方案中，该复合材料可用于抛光或用于抛光组合物中。在一些实施方案中，该复合材料可用于催化剂的加工和/或制备中。在一些实施方案中，该复合材料可用作层析载体或其他支撑介质。在一些实施方案中，该复合材料可与其他成分共混、混合或以其他方式组合，以制备可用于多种应用的整体或集合介质，这些应用包括但不限于载体(例如，微生物固定)和底物(例如，用于酶固定)。
实施例
下文描述符合本文公开的复合材料的几个实施例以及几个比较实施例。这些实施例作为所试验的助滤剂使用，并且这些实施例的性质提供在表1中。
对于这些实施例，将市售助熔剂煅烧的硅藻土产物用作硅藻土进料。该硅藻土进料具有以下粒度分布：d10为9.89微米，d50为34.96微米，且d90为99.83微米。将市售的膨胀并研磨的珍珠岩产物用作天然玻璃进料。该天然玻璃进料具有以下粒度分布：d10为18.93微米，d50为56.37微米，且d90为149.0微米。
二氧化硅黏合料如下制备：将20克硅酸钠分散在40克水中，且随后缓慢加到在Hobart食品混合器中的200克硅藻土进料和天然玻璃进料的混合物中。对于具有不同比率的硅藻土进料和天然玻璃进料的所有混合物使用相同量的硅酸钠溶液。在混合15分钟之后，使硅酸钠溶液、硅藻土进料和天然玻璃进料的混合物擦过具有1.18毫米开孔的16目筛。过大的颗粒通过刷擦破碎并迫使其穿过筛子。在150℃烘箱中干燥过夜之后，使材料擦过具有0.6毫米开孔的30目筛。
实施例 1
在实施例1中，将150克市售硅藻土(DE)与50克市售珍珠岩以3:1的硅藻土:珍珠岩比率混合。此后，将硅酸钠溶液加到硅藻土和珍珠岩的混合物中，从而共烧结。将共烧结的产物干燥并经筛子分级，产生具有以下粒度分布的干燥并分级的产物：d10为23.89微米，d50为54.56微米，且d90为104.6微米。对实施例1的产物进行测试，并且其表现出9.93达西的渗透率和13.9lbs/ft3的湿密度，如在下表1中所示。
表1
实施例 2
对于实施例2，将100克市售硅藻土(DE)与100克市售珍珠岩以1:1的硅藻土:珍珠岩比率混合。此后，将硅酸钠溶液加到硅藻土和珍珠岩的混合物中，从而共烧结。将共烧结的产物干燥并经筛子分级，产生具有以下粒度分布的干燥并分级的产物：d10为25.74微米，d50为57.75微米，且d90为106.9微米。对实施例2的产物进行测试，并且其表现出10.49达西的渗透率和13.7lbs/ft3的湿密度，如在表1中所示。
实施例 3
对于实施例3，将50克市售硅藻土(DE)与150克市售珍珠岩以1:3的硅藻土:珍珠岩比率混合。此后，将硅酸钠溶液加到硅藻土和珍珠岩的混合物中，从而共烧结。将共烧结的产物干燥并经筛子分级，产生具有以下粒度分布的干燥并分级的产物：d10为27.78微米，d50为62.43微米，且d90为111.8微米。对实施例3的产物进行测试，并且其展示15.80达西的渗透率和11.3lbs/ft3的湿密度，如在表1中所示。
对于比较实施例4-6，将与实施例1-3中所用相同的市售硅藻土和市售珍珠岩进料用作进料。然而，在实施例4-6中，不是使硅藻土和珍珠岩共烧结，而是如下论述在没有烧结的情况下共混硅藻土和珍珠岩进料。
比较实施例 4
对于比较实施例4，将75克市售硅藻土与25克市售珍珠岩以与实施例1相同的1:3的硅藻土:珍珠岩比率混合。硅藻土和珍珠岩的混合物具有以下粒度分布：d10为12.61微米，d50为43.73微米，且d90为133.9微米。对比较实施例4的产物进行测试，并且其表现出1.20达西的渗透率和18.1lbs/ft3的湿密度，如在表1中所示。与实施例1相比较，渗透率低得多，而湿密度和α密度较高。
比较实施例 5
对于比较实施例5，将50克市售硅藻土与50克市售珍珠岩以与实施例2相同的1:1的硅藻土:珍珠岩比率混合。硅藻土和珍珠岩的混合物具有以下粒度分布：d10为15.25微米，d50为50.11微米，且d90为147.4微米。对比较实施例5的产物进行测试，并且其表现出1.55达西的渗透率和17.8lbs/ft3的湿密度，如在表1中所示。与实施例2相比较，渗透率低得多，而湿密度和α密度较高。
比较实施例 6
对于比较实施例6，将25克市售硅藻土与75克市售珍珠岩以与实施例3相同的1:3的硅藻土:珍珠岩比率混合。硅藻土和珍珠岩的混合物具有以下粒度分布：d10为17.07微米，d50为53.63微米，且d90为146.2微米。对比较实施例6的产物进行测试，并且其表现出2.15达西的渗透率和12.5lbs/ft3的湿密度，如在表1中所示。与实施例3相比较，渗透率低得多，且湿密度较高。
实施例 7
除了使用煅烧的DE标准物Super-Cel (DE Standard Super-Cel)代替助熔剂煅烧的DE Hyflo外，重复实施例1。干燥并分级的产物具有以下粒度分布：d10为13.47微米，d50为35.40微米，且d90为87.26微米，渗透率为2.39达西，湿密度为15.0lbs/ft3，如在下表2中所示。
表2
实施例 8
除了使用煅烧的DE标准物Super-Cel代替助熔剂煅烧的DE Hyflo外，重复实施例2。干燥并分级的产物具有以下粒度分布：d10为17.68微米，d50为44.54微米，且d90为96.73微米，渗透率为4.58达西，湿密度为13.7lbs/ft3。
实施例 9
除了使用煅烧的DE标准物Super-Cel代替助熔剂煅烧的DE Hyflo外，重复实施例3。干燥并分级的产物具有以下粒度分布：d10为23.06微米，d50为55.58微米，且d90为106.9微米，渗透率为9.44达西，湿密度为11.0lbs/ft3。
比较实施例 10
除了使用煅烧的DE标准物Super-Cel代替助熔剂煅烧的DE Hyflo外，重复比较实施例4。干燥并分级的产物具有以下粒度分布：d10为9.83微米，d50为35.01微米，且d90为91.77微米，渗透率为0.35达西，湿密度为17.6lbs/ft3。与实施例7相比较，渗透率低得多，而湿密度和α密度较高。
比较实施例 11
除了使用煅烧的DE标准物Super-Cel代替助熔剂煅烧的DE Hyflo外，重复比较实施例5。干燥并分级的产物具有以下粒度分布：d10为13.03微米，d50为42.64微米，且d90为96.52微米，渗透率为0.58达西，湿密度为16.0lbs/ft3。与实施例8相比较，渗透率低得多，而湿密度和α密度较高。
比较实施例 12
除了使用煅烧的DE标准物Super-Cel代替助熔剂煅烧的DE Hyflo外，重复比较实施例5。干燥并分级的产物具有以下粒度分布： d10为15.53微米，d50为47.30微米，且d90为100.4微米，渗透率为1.13达西，湿密度为13.5lbs/ft3。与实施例9相比较，渗透率低得多，而湿密度和α密度较高。
实施例1-3、7-9与比较实施例4-6和10-12的比较显示，与具有以相同比率组合的相同硅藻土和珍珠岩的相应比较实施例相比，与钠二氧化硅溶液(sodium silica solution)共烧结的硅藻土和珍珠岩具有显著更高的渗透率。在不希望受理论限制的情况下，认为细硅藻土和珍珠岩颗粒彼此结合以形成共烧结的复合材料。这似乎通过在图1中所示的共烧结的硅藻土和珍珠岩的扫描电子显微照片所证实。
另外，图2和图3分别为描绘对于四种例示性助滤剂而言压力对过滤时间和混浊度对过滤时间的曲线图。如在图2中所示，市售硅藻土(DE)的助滤剂产生最高压力。产生次高压力的助滤剂为由DE和珍珠岩的共混物(未烧结)形成的助滤剂(实施例5)。由珍珠岩形成的助滤剂产生第三高的压力。如在图2中所示，由DE和珍珠岩共烧结形成的助滤剂(实施例2)产生最低压力。市售DE和市售珍珠岩对于所有四种助滤剂都相同。共烧结的DE和珍珠岩样品的端压比DE和珍珠岩共混样品(未烧结)低约73%。
如图3(图2中描绘的四种助滤剂的混浊度对时间关系)中所示，，市售珍珠岩H905具有最高混浊度。共烧结的DE和珍珠岩与市售珍珠岩H905类似。然而，共烧结的DE和珍珠岩的端压比市售珍珠岩H905低约54%。因此，由共烧结的DE和珍珠岩形成的助滤剂产生最低压力，以及与市售珍珠岩类似的混浊度。
共烧结的DE和珍珠岩产物的其他物理性质列在下表3中。
表3
本领域的技术人员从本说明书和本文公开的发明的实践将显而易见本发明的其他实施方案。希望仅将说明书和实施例视为例示性的，本发明的真实范围和精神仅由以下权利要求表示。

Claims (82)

1.复合助滤剂，其包含：
硅藻土、天然玻璃和沉淀二氧化硅黏合料，
其中所述助滤剂具有2-20达西的渗透率。
2.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有2-9达西的渗透率。
3.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有9-20达西的渗透率。
4.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有15-20达西的渗透率。
5.权利要求1的复合助滤剂，其中所述硅藻土自淡水源得到。
6.权利要求1的复合助滤剂，其中所述硅藻土自咸水源得到。
7.权利要求1的复合助滤剂，其中所述硅藻土包括煅烧的硅藻土和助熔剂煅烧的硅藻土中的至少一种。
8.权利要求1的复合助滤剂，其中所述天然玻璃包括珍珠岩、火山灰、浮石、白州砂、黑曜岩、松脂岩和稻壳灰中的至少一种。
9.权利要求1的复合助滤剂，其中所述沉淀二氧化硅黏合料包括硅酸钠。
10.权利要求1的复合助滤剂，其中所述沉淀二氧化硅黏合料包括硅酸钾。
11.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有10-30微米的d10。
12.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有30-70微米的d50。
13.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有80-120微米的d90。
14.权利要求1的复合助滤剂，其中所述硅藻土具有7-20微米的d10。
15.权利要求1的复合助滤剂，其中所述硅藻土具有20-50微米的d50。
16.权利要求1的复合助滤剂，其中所述硅藻土具有60-120微米的d90。
17.权利要求1的复合助滤剂，其中所述天然玻璃具有10-20微米的d10。
18.权利要求1的复合助滤剂，其中所述天然玻璃具有30-70微米的d50。
19.权利要求1的复合助滤剂，其中所述天然玻璃具有100-120微米的d90。
20.权利要求1的复合助滤剂，其中所述硅藻土与所述天然玻璃的重量比率为1:99至99:1。
21.权利要求20的复合助滤剂，其中所述硅藻土与所述天然玻璃的重量比率为1:3至3:1。
22.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有5m2/g-约50m2/g的BET表面积。
23.权利要求1的复合助滤剂，其中所述硅藻土具有5-35微米的中值孔径。
24.权利要求1的复合助滤剂，其中所述硅藻土具有5-40m2/g的表面积。
25.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂的孔隙度为3-7L/mg。
26.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有如通过ASBC测量小于5ppm的啤酒可溶性铁含量。
27.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有如通过ASBC测量小于1ppm的啤酒可溶性铁含量。
28.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有小于20重量%的方英石含量。
29.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有小于10重量%的方英石含量。
30.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有小于6重量%的方英石含量。
31.权利要求1的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有小于1重量%的方英石含量。
32.权利要求1的复合助滤剂，其中所述复合助滤剂具有10-16lbs/ft3的湿密度。
33.权利要求1的复合助滤剂，其中所述复合助滤剂具有9-15lbs/ft3的α密度。
34.复合助滤剂，其包含：
硅藻土、珍珠岩和沉淀二氧化硅黏合料，
其中所述助滤剂具有小于15lbs/ft3的湿密度。
35.权利要求34的复合助滤剂，其中所述硅藻土自淡水源得到。
36.权利要求34的复合助滤剂，其中所述硅藻土自咸水源得到。
37.权利要求34的复合助滤剂，其中所述天然玻璃包括膨胀珍珠岩。
38.权利要求34的复合助滤剂，其中所述沉淀二氧化硅黏合料包括硅酸钠。
39.权利要求34的复合助滤剂，其中所述沉淀二氧化硅黏合料包括硅酸钾。
40.权利要求34的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有10-30微米的d10。
41.权利要求34的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有30-70微米的d50。
42.权利要求34的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有80-120微米的d90。
43.权利要求34的复合助滤剂，其中所述硅藻土具有7-20微米的d10。
44.权利要求34的复合助滤剂，其中所述硅藻土具有20-50微米的d50。
45.权利要求34的复合助滤剂，其中所述硅藻土具有60-120微米的d90。
46.权利要求34的复合助滤剂，其中所述天然玻璃具有10-20微米的d10。
47.权利要求34的复合助滤剂，其中所述天然玻璃具有30-70微米的d50。
48.权利要求34的复合助滤剂，其中所述天然玻璃具有100-120微米的d90。
49.权利要求34的复合助滤剂，其中所述硅藻土与所述天然玻璃的重量比率为1:99至99:1。
50.权利要求49的复合助滤剂，其中所述硅藻土与所述天然玻璃的重量比率为1:3至3:1。
51.权利要求34的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有5m2/g-约50m2/g的BET表面积。
52.权利要求34的复合助滤剂，其中所述硅藻土具有5-35微米的中值孔径。
53.权利要求34的复合助滤剂，其中所述硅藻土具有5-40m2/g的表面积。
54.权利要求34的复合助滤剂，其中所述助滤剂的孔隙度为3-7L/mg。
55.权利要求34的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有小于2重量%的铁含量。
56.权利要求34的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有如通过ASBC测量小于5ppm的啤酒可溶性铁含量。
57.权利要求34的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有小于20重量%的方英石含量。
58.权利要求34的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有小于10重量%的方英石含量。
59.权利要求34的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有小于6重量%的方英石含量。
60.权利要求34的复合助滤剂，其中所述助滤剂具有小于1重量%的方英石含量。
61.权利要求34的复合助滤剂，其中所述复合助滤剂具有10-16lbs/ft3的湿密度。
62.权利要求34的复合助滤剂，其中所述复合助滤剂具有9-15lbs/ft3的α密度。
63.制备复合材料的方法，所述方法包括：
共混硅藻土和珍珠岩；
将碱金属硅酸盐加到所述共混的硅藻土和珍珠岩中；和
使所述碱金属硅酸盐作为黏合料沉淀以制备所述复合材料。
64.权利要求63的方法，还包括将所述碱金属硅酸盐分散在水中。
65.权利要求63的方法，还包括在将所述碱金属硅酸盐加到所述共混的硅藻土和珍珠岩中之前将所述碱金属硅酸盐分散在水中。
66.权利要求63的方法，还包括混合所述碱金属硅酸盐与所述共混的硅藻土和珍珠岩。
67.权利要求66的方法，还包括将所述混合的碱金属硅酸盐和共混的硅藻土和珍珠岩分级。
68.权利要求66的方法，还包括干燥所述混合的碱金属硅酸盐和共混的硅藻土和珍珠岩。
69.权利要求68的方法，其中所述干燥包括将所述混合的碱金属硅酸盐和共混的硅藻土和珍珠岩加热到100℃-200℃的温度。
70.权利要求69的方法，还包括，在干燥所述混合物之后，将所述混合物分级。
71.权利要求63的方法，其中所述复合材料具有3-20达西的渗透率。
72.权利要求63的方法，还可包括，在共混所述硅藻土和珍珠岩之前，煅烧所述硅藻土。
73.权利要求63的方法，其中所述珍珠岩包括膨胀珍珠岩。
74.权利要求63的方法，其中所述碱金属硅酸盐包括硅酸钠和硅酸钾中的至少一种。
75.权利要求63的方法，其中所述复合材料具有10-30微米的d10。
76.权利要求63的方法，其中所述复合材料具有30-70微米的d50。
77.权利要求63的方法，其中所述助滤剂具有80-120微米的d90。
78.权利要求63的方法，其中所述复合材料具有5m2/g-约50m2/g的BET表面积。
79.权利要求63的方法，其中所述复合材料的孔隙度为3-7L/mg。
80.使用权利要求1的复合助滤剂过滤饮料的方法。
81.权利要求1的复合助滤剂，其中所述硅藻土包括天然硅藻土。
82.权利要求1的复合助滤剂，其中所述硅藻土包括焙烧的硅藻土。
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