CN104892017A - 一种吸附室内甲醛气体的内墙砖制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸附室内甲醛气体的内墙砖制备方法，先将硅藻土磨成粉，过200目筛子，将筛下的硅藻土烘干。量取烘干的硅藻土：钙质原料＝50％—80％：20％—50％质量百分比，混合后加水，水的加入量为混合物总质量的10％—40％，搅拌均匀，在10—40MPa的压力下压制成块状样品，然后，将成型后的块状样品放入高压水热反应釜中，控制反应温度为100-220℃，反应时间3-24h，得到硅藻土基多孔内墙砖。本发明工艺简单、节约能源，原料容易得到，制得的硅藻土基多孔内墙砖力学强度高，可直接贴于内墙墙壁之上，施工方便，甲醛的吸附强。可用于居家或办公场地吸附室内甲醛气体。

Description

一种吸附室内甲醛气体的内墙砖制备方法

技术领域

本发明涉及一种吸附室内甲醛气体的内墙砖的制备方法，属于净化室内空气用的建筑材料制备技术领域。

背景技术

随着人们生存环境的改善，对房屋装修等的需求也逐渐提高了，大量的装饰材料被用到了房间里，这也带来了室内空气污染问题。其中甲醛是主要的空气污染物。甲醛已被世界卫生组织定为致癌和致畸性物质。从生物化学上来讲，甲醛能直接与生物大分子作用对身体产生毒害。核酸类生物大分子也能与甲醛的羟基发生加成反应，从而使暴露在高浓度甲醛环境下的器官如眼,呼吸道,皮肤产生严重病变，还会使人肝功能异常，肺功能异常以及免疫功能异常。长期接触甲醛的人的记忆力、灵敏度、平衡功能、协调功能等都发生了不同程度的降低；孕妇长期吸入可能导致胎儿畸形,甚至死亡,男子长期吸入可导致男子精子畸形、死亡等。甲醛接触者可出现手颤、眼颤、手掌多汗、肢体麻木和指端触觉降低。

吸附甲醛的方法很多，包括使用多孔类物质、碳纤维、光降解、电化学、反应试剂等。常见的甲醛市售净化产品主要有活性炭吸附剂、以二氧化钛和贵金属为代表的催化剂以及一些空气清新剂等。但是活性炭吸附剂一般是以无纺布炭包的形式出售，本身量比较小，而且活性炭与甲醛气体的有效接触面积非常小，所以吸附室内甲醛的效果非常有限，而二氧化钛和贵金属的价格很高，不能大量使用，效率也不是很高，空气清新剂更是不能真正的降低室内甲醛浓度。

为了有效的降低室内甲醛的浓度，一方面要尽量增大吸附材料同室内空气的接触面积，另一方面也要考虑吸附材料的造价问题。室内墙壁和室内环境的接触面积较大，将吸附材料做成内墙饰面材料是一个非常高效的净化室内空气的方法。硅藻土作为一种无机矿物材料，本身具有很好的孔结构，而且造价较低，可以大范围使用。另外，用硅藻土做的内墙饰面材料除了能吸附甲醛，净 化室内空气，还具有调节湿度、抗菌防霉、防火阻燃、保温隔热等功能，因此硅藻土内墙饰面材料具有很大的市场价值。

但是现在市场上常见的硅藻土壁材存在很多问题。如中国专利《一种硅藻土装饰砖》(公开号CN104496355A)，该硅藻土装饰砖由基层和外层组成，具体操作是先将硅藻土、重质碳酸钙、植物纤维、白水泥、纳米二氧化钛、负氧离子材料和矿物颜料按比例混合均匀，然后放入80—100℃烘箱烘烤10—15h制成基层，最后在外粘合一层由PVC、PE或PP制成的塑料外层。该装饰砖不仅施工工艺复杂，而且塑料外层和粘合剂会堵塞硅藻土原有的孔结构，严重影响制得的硅藻土装饰砖的性能。

中国专利《硅藻土壁材》(公开号CN102390946A)，所发明的硅藻土壁材是将硅藻土、贝壳粉、硅藻土陶粒、核桃壳颗粒、沸石粉、膨润土、竹粉、海藻胶、纤维素醚按一定比例混合制成粉体，施工时加水混合作为一种涂料使用。但是该壁材本身强度较低，所使用的贝壳粉要经过高温煅烧，消耗了大量能源，硅藻土陶粒的制备工艺也相对复杂。而且该发明的硅藻土壁材中硅藻土含量较低，使用效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有吸附甲醛气体功能的高强度硅藻土基多孔内墙砖的方法，该硅藻土基内墙砖对室内的甲醛气体起到高效的吸附作用。

为了实现上述目的，本发明采用水热固化/合成技术，该技术是一种低温合成技术，在合成过程中不仅可以保留硅藻土原有的孔结构，还生成了C-S-H凝胶、托勃莫来石等新的矿物结构，提高了制备的材料的多孔性能，使得制得的内墙砖具有更好的吸附甲醛的性能以及调湿性能。另外，制备过程中仅需加入少量钙质原料和水，制备工艺简单，制得的内墙砖强度非常高，完全满足内墙砖的使用的需要。

本发明的具体工艺如下：

先将硅藻土磨成粉，过200目筛子，将筛下的硅藻土烘干。量取烘干的硅藻土：钙质原料＝50％—80％：20％—50％质量百分比，混合后加水，水的加入量为混合物总质量的10％—40％，搅拌均匀，在10—40MPa的压力下压制成块状样品，然后，将成型后的块状样品放入高压水热反应釜中，控制反应温度为100- 220℃，反应时间3-24h，得到硅藻土基多孔内墙砖。

经检测,制得的硅藻土基多孔内墙砖的成分结构包括硅藻土原有结构，以及新生成的水化硅酸钙凝胶(C-S-H)、托勃莫来石(Tobermorite)、沸石等无机矿物材料中的一种或几种。内墙砖的抗折强度大约为9.6MPa-18MPa。

上述钙质原料选自消石灰、石灰石、生石灰、白云石、钙长石等中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点和显著的进步：

1，由于本发明的硅藻土基多孔内墙砖制备采用水热固化/合成技术，工艺方法简单、节约能源，原料容易得到。

2，由于本发明采用水热固化/合成技术，得到的硅藻土基多孔内墙砖有很好的力学强度，可以直接贴于内墙墙壁之上，施工操作非常方便，并且由于内墙砖同室内空气的有效解除面积较其他传统的吸附材料大的多，因此净化效果也好的多。

3，本发明低温合成的硅藻土基多孔内墙砖保留了硅藻土原料本身固有的微孔结构，在硅藻土良好吸附性的基础上，又生成了多种具有优异吸附性能的无机矿物材料，不仅更加有利于对甲醛的吸附，而且也大大提高了材料的调湿功能。可用于居家或办公场地吸附室内甲醛气体。

附图说明

图1为本发明选用的硅藻土原土的扫描电镜照片

图2为本发明生成C-S-H内墙砖与硅藻土原土的XRD图

图3为本发明生成托勃莫来石和C-S-H的内墙砖与硅藻土原土的XRD图

图4为本发明生成C-S-H内墙砖的扫描电镜照片

图5为本发明生成托勃莫来石和C-S-H的内墙砖的扫描电镜照片

图6为本发明硅藻土原土及生成不同矿物的内墙砖的孔径分布曲线图

图7为本发明硅藻土原土及生成不同矿物的内墙砖对甲醛气体的去除率。

具体实施方式

实施例1

该实施例1作为比较例，用于探讨硅藻土原料(未在原料硅藻土中加入钙 质原料)制成块体(没有强度，不算内墙砖)的结构成分和力学性能，以及对甲醛气体的吸附效果，说明加入钙质原料的本发明的硅藻土基多孔内墙砖满足抗折强度且更有利甲醛吸附。

第一步，首先将10.8g烘干(80℃)、过200目筛的硅藻土同3.2ml去离子水混合均匀，分别取4g用水混合好的硅藻土，在天津市思创精实科技发展有限公司W270×D200×H450规格的压片机下以30MPa压制成型，压制成的试块为40mm×15mm×5mm的长方体块体，压制3块；放入80℃烘箱烘干24h，得到硅藻土原土块体。

本实施例的硅藻土原土产地为吉林长白(我国硅藻土储量最多的地方，而且吉林长白硅藻土杂质较少，品质优良)。硅藻土原土的扫描电镜照片如图1所示，硅藻土原土的硅藻壁壳中有多级、大量、有序排列的孔，这是硅藻土具有良好吸附性的原因。用X射线衍射分析方法分析硅藻土原土，得到原土的XRD图，如图2和图3中的(1)所示，硅藻土原土在18°到28°之间有一个很宽的衍射峰，它的主要成分为非晶态蛋白石，化学性成分是SiO₂，原土还含有少量的石英(Quartz)和粘土，杂质较少。硅藻土原土块体抗折强度几乎为0，比表面积为15.96m²/g。

第二步，检测制备的硅藻土原土块体对甲醛气体吸附效果。具体操作如下：吸附实验采用25cm×25cm×25cm的有机玻璃材质密闭舱为实验舱，实验前用去离子水擦净实验舱内壁，并调节舱内湿度约为33％，温度为25℃。将3块试块放入湿度为33％的干燥器中静置24h，干燥器中湿度由饱和的MgCl₂溶液在25℃时产生。将已经放了24h的样块放入实验舱，并先不让其接触实验舱内空气。放入一定量甲醛溶液后迅速关上舱门，让甲醛溶液自然挥发，并且每隔半小时测一次实验舱内甲醛浓度，测量甲醛浓度的仪器为英国产PPM-400st甲醛检测仪。放入甲醛溶液之后3小时，甲醛浓度达到稳定。接着让吸附开始，这时实验舱内初始甲醛浓度为2mg/m³，远超国家规定室内甲醛最高容许浓度0.08mg/m³，之所以初始浓度定的高，主要是为了减少实验操作带来的误差，并且能更好的看出不同材料对甲醛吸附性能的好坏。最终的实验结果，硅藻土原土对甲醛有很好的吸附效果，由于原土孔径较大，形状较完整，所以对甲醛的吸附速度较快，大约2h即达到吸附平衡，甲醛最终去除率为52％，见图7。

实施例2

第一步，将8.2g烘干、过200目筛的硅藻土、3.5g氢氧化钙、2.3ml去离子水均匀混合，分别取4g混合物在天津市思创精实科技发展有限公司W270×D200×H450规格的压片机下，以30MPa压制成型，压制成的试块为40mm×15mm×5mm的长方体块体，压制3块；将脱模后的样品放入高压水热釜中水热固化。控制反应温度为200℃，反应时间为12h，之后将样品放入80℃烘箱烘干24h，水热反应后得到的样品为水化硅酸钙改性硅藻土基多孔吸附内墙砖块体。经过检测，该内墙砖为C-S-H改性的硅藻土基多孔吸附内墙砖块体，请看扫描电镜照片图4，图4所示为反应生成了大量絮状的C-S-H凝胶。水热合成C-S-H改性硅藻土基内墙砖块体的XRD如图2中的(2)所示，经过水热合成后得到的硅藻土基吸附材料，其成分在保留了部分原硅藻土的基础上，又生成了优化矿物C-S-H，还生产了副产物刃沸石。水热反应之后的C-S-H改性硅藻土基多孔试块的抗折强度为17.9MPa，比表面积为47.5m²/g。

第二步，具体操作与实施例1中的第二步基本一样，只是将试块换成同样大小的C-S-H改性之后的试块。最终测试结果，C-S-H改性硅藻土基多孔吸附内墙砖块体对甲醛吸附速度较硅藻土原土吸附速度有所减慢，甲醛的最终去除率为57.6％，优于硅藻土原土吸附效果，见图7。

实施例3

第一步将6.1g烘干、过200目筛的硅藻土、5.5g氢氧化钙、2.3ml去离子水均匀混合，分别取4g混合物在天津市思创精实科技发展有限公司W270×D200×H450规格的压片机下以30MPa压制成型，压制成的试块为40mm×15mm×5mm的长方体块体，压制3块；将脱模后的样品放入高压水热釜中水热硬化。控制反应温度为200℃，反应时间为24h，之后将样品放入80℃烘箱烘干24h，经过检测，该内墙砖为水热反应后得到的样品为托勃莫来石硅藻土基多孔吸附内墙砖块体。托勃莫来石的硅藻土基多孔吸附内墙砖块体的扫描电镜照片如图5所示，反应生成了大量针尖状的托勃莫来石。水热合成托勃莫来石改性硅藻土基内墙砖的XRD如图3中的(2)所示，经过水热合成后得到的硅藻土基内墙砖，其成分在保留了部分原硅藻土的基础上，又生成了优化矿物托勃莫来石和C-S-H凝胶。水热反应之后的托勃莫来石改性硅藻土基多孔内墙砖的抗折强度 为15.4MPa，比表面积为99.7m²/g。

第二步，具体操作与实施例1中的第二步基本一样，只是将试块换成同样大小的托勃莫来石改性之后的试块。最终测试结果，托勃莫来石改性硅藻土基多孔吸附试块对甲醛吸附速度较快，大致与硅藻土原土相同，甲醛的最终去除率也是最高的，约为66％，比硅藻土原土的吸附效果提高了14％，见图7。

本发明所采用的水热合成技术在很大程度上提高了硅藻土基块状材料的抗折强度，制得的硅藻土基多孔块状材料可以直接贴在室内墙壁上做内墙砖使用，施工简单，其力学性能完全满足实际应用中的要求。而且该发明引入的其他物质很少，只添加市售的工业级钙质原料，制备所需温度很低，在整个生产过程中无挥发，零排放，零污染，节约了大量能源，正真做到了低碳环保。

水热合成技术，能够在保留大部分硅藻土原有结构的基础上，生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H)、托勃莫来石等新的无机矿物结构，提高了原材料的多孔性能。从图6可以看出，在水热反应之后，材料中产生了大量的介孔，而且比表面积也大大提高了，最终的检测结果也表明，水热反应后得到的块状材料具有更好的吸附甲醛的性能。从图7中可以看出，C-S-H改性硅藻土基多孔块状材料对初始浓度2mg/m³的甲醛去除率比硅藻土原土高约5.6％，而托勃莫来石改性硅藻土基多孔块状材料的甲醛去除率更是比硅藻土原土高出14％，吸附效果都得到了一定程度的提升。

Claims (1)

1.一种吸附室内甲醛气体的内墙砖制备方法，其特征在于：

先将硅藻土磨成粉，过200目筛子，将筛下的硅藻土烘干。量取烘干的硅藻土：钙质原料＝50％—80％：20％—50％质量百分比，混合后加水，水的加入量为混合物总质量的10％—40％，搅拌均匀，在10—40MPa的压力下压制成块状样品，然后，将成型后的块状样品放入高压水热反应釜中，控制反应温度为100-220℃，反应时间3-24h，得到硅藻土基多孔内墙砖；

经检测,制得的硅藻土基多孔内墙砖的成分结构包括硅藻土原有结构，以及新生成的水化硅酸钙凝胶(C-S-H)、托勃莫来石(Tobermorite)、沸石中的一种或2-3种；内墙砖的抗折强度为9.6MPa-18MPa；

上述钙质原料选自消石灰、石灰石、生石灰、白云石、钙长石中的一种或按任意比例混合的2-5种。