CN105732087A - 一种以秸秆为成孔剂的多孔陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以秸秆为成孔剂的多孔陶瓷及其制备方法，该方法包括：按重量份数称取高岭土47?54份、工业氧化铝10?13份、滑石36?40份，加水混合制成预混液，预混液干燥过筛得粉体，取10?50份磨成粉的秸秆与所述粉体混合均匀并压制成坯体，坯体干燥及烧制。本发明方法既开发出了农作物秸秆利用新途径、减轻了焚烧秸秆对环境造成的污染，又降低了多孔陶瓷材料制品的生产成本，生产出来的产品显气孔率高、体积密度较低、抗折强度较高、耐火温度高。

Description

一种以秸秆为成孔剂的多孔陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体涉及一种以秸秆为成孔剂的多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术
随着科技和工业化生产的发展，能源、资源、三废治理等问题更加受到人们重视。尤其是能源材料等高技术领域的迅速发展，对液、固分离技术的研究和开发提出了更高的要求，高分离精度、高运行效率的微孔过滤技术及微孔过滤材料愈来愈引起人们的重视。海绵陶瓷是多孔陶瓷的一种，它是一种经高温烧成、体内具有大量彼此相通或闭合气孔结构的陶瓷材料，是一种具有低密度、高渗透率、抗腐蚀、耐高温、良好隔热性能、寿命长和易于再生等优点的新型功能材料。多孔陶瓷的优良性能使其广泛应用于冶金、石油、化工、食品、纺织、环保、能源、制药、生物工程和医学等领域。利用多孔陶瓷比表面积大的特性，可制成各种多孔电极、催化剂载体、离子交换器、热交换器、气体传感器等；利用多孔陶瓷吸收能量的性能，可制成各种吸音材料、减震材料等；利用多孔陶瓷的低密度、低热传导率，可制成各种保温材料、轻质结构材料等；利用多孔陶瓷的均匀透过性，可制成各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件、节流元件等。因此，多孔材料引起了材料科学工作者的极大兴趣并在世界范围内掀起了研究热潮。其综合成本虽然比粉末冶金过滤材料低的多，但同其它过滤材料相比价格仍显偏高，这也是影响多孔陶瓷材料大面积推广应用的一个主要原因。
另一方面，我国是农业大国，秸秆资源十分丰富，分布广、种类多且产量巨大，长期得不到有效利用。我国不同地区农作物秸秆年产量如表1所示，目前仅主要的农作物秸秆就有近20种而且产量巨大。1999年我国农作物秸秆资源总量约6.4亿吨，到2010年已达7.26亿吨。每年起码会有7亿吨的秸秆被浪费，相当于损失了3.5亿吨标准煤(如果将1亿吨露地燃烧的秸秆用于发电，可建500个25MW的小型电站，相当于一个“三峡”的发电量，年替代4350万吨标煤和减排9000万吨二氧化碳)。因此，以秸秆为成孔剂原料制备多孔陶瓷的技术也呼之欲出。
表1我国不同地区农作物秸秆年产量(万t)
发明内容
本发明的目的在于克服现有多孔陶瓷制备成本较高以及秸秆资源利用度低的不足，提供一种以秸秆为成孔剂的多孔陶瓷及其制备方法。采用该法制备的多孔陶瓷继承了秸秆一系列的优点，包括成本低、强度高、不变形、不起壳、抗老化，可钉、可锯、可创、可钻、握钉力强、可加工性能好、无污染、无放射性、防火、防水、极佳的环保性。
一种以秸秆为成孔剂的多孔陶瓷，其原料按重量份数计包括：高岭土47-54份、工业氧化铝10-13份、滑石36-40份、秸秆10-50份。
所述高岭土、工业氧化铝、滑石、秸秆制成粉后粒径不大于200目。
一种以秸秆为成孔剂的多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：a)按重量份数计称取高岭土47-54份、工业氧化铝10-13份、滑石36-40份、秸秆10-50份备用；b)高岭土、氧化铝、滑石加水混合，搅拌均匀得预混液；c)将预混液干燥后过筛得粉体；d)秸秆磨碎并过筛得秸秆粉，将步骤c)所得粉体与秸秆粉混合均匀后压制成型得坯体；e)坯体干燥后进行烧成。
步骤b)中搅拌时间为4h以上。
步骤c)中预混液干燥温度为105℃，干燥时间为12h，过筛所使用的筛网为200目。
步骤d)中秸秆磨碎后过筛使用的筛网为200目，压制坯体时压力为30KN。
步骤e)中坯体在105℃下干燥12h，烧成制度为从室温逐步升温至1200℃，其中室温至105℃升温速率为6℃/min，105℃-300℃升温速率为10℃/min，300℃-700℃升温速率为3℃/min，700℃-800℃升温速率为6℃/min，800℃-1100℃升温速率为15℃/min，1100℃-1200℃升温速率为3℃/min，分别在300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、1100℃以及1200℃保温30min。
与现有技术先比，本发明具有以下有益效果：(1)开发出了合理利用农作物秸秆的方法和途径，提高秸秆需求量和利用率，减少秸秆燃烧对环境带来的危害；(2)降低多孔陶瓷材料制品的生产成本，提供具有优良孔隙率和过滤效果的海绵陶瓷。采用本发明方法制备的多孔陶瓷材料具有显气孔率高、体积密度较低、抗折强度较高、耐火温度高等优点。
附图说明
图1为本发明实施例2制备的多孔陶瓷烧结后样品局部图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例及附图进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
本发明多孔陶瓷的烧成制度如表2所示。
表2制品烧成制度
温度(℃) 升温速率(℃/分钟) 保温时间(分钟)
室温～105 6 -——
105～300 10 -——
300 —— 30
300-400 3 -——
400 —— 30
400-500 3 -——
500 —— 30
500-600 3 -——
600 —— 30
600-700 3 -——
700 —— 30
700-800 6 -——
800-1100 15 -——
1100 -—— 30
1100-1200 3 -——
1200 —— 30
实施例1
一种以秸秆为成孔剂的多孔陶瓷制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按重量份数计，称取高岭土54份、工业氧化铝10份、滑石36份备用；
(2)将步骤(1)准备好的高岭土、工业氧化铝和滑石加水混合，搅拌4小时以上得到预混液；
(3)将预混液放在105℃电干燥箱中干燥12h后过200目筛，得到粉体；
(4)将麦秸秆烘干后磨碎过200目筛，依重量份量称取10份麦秸秆粉加入到步骤(3)所述粉体中混合均匀，在30KN压力下将混合粉体压制成型得到坯体；
(5)将步骤(4)所得坯体置于105℃的电干燥箱中干燥12h，接着按照表2的烧成制度烧成，得到多孔陶瓷制品。
经分析测试，采用本发明方法制备的多孔陶瓷样品显气孔率为27.42％，吸水率为14.33％，体积密度为1.88g/cm3，抗折强度为29MPa，热膨胀系数为2.87×10-6/℃，耐火度为1400℃。
实施例2
实施例2中高岭土、工业氧化铝、滑石、麦秸秆的重量份数比为51:11:38:20，其他步骤、参数与实施例1相同。实施例2制备的多孔陶瓷样品如图1所示，经分析测试其显气孔率为39.67％，吸水率为27.61％，体积密度为1.68g/cm3，抗折强度为23MPa，热膨胀系数为2.87×10-6/℃，耐火度为1400℃。
实施例3
实施例3中高岭土、工业氧化铝、滑石、麦秸秆的重量份数比为49:12:39:30，其他步骤、参数与实施例1相同。实施例3制备的多孔陶瓷样品显气孔率为41.87％，吸水率为30.05％，体积密度为1.51g/cm3，抗折强度为19MPa，热膨胀系数为2.87×10-6/℃，耐火度为1400℃。
实施例4
实施例4中高岭土、工业氧化铝、滑石、麦秸秆的重量份数比为47:13:40:50，其他步骤、参数与实施例1相同。实施例4制备的多孔陶瓷样品显气孔率为46.76％，吸水率为33.67％，体积密度为1.41g/cm3，抗折强度为15MPa，热膨胀系数为2.87×10-6/℃，耐火度为1400℃。
以上实施例进一步说明了多孔陶瓷的制备方法，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例而非全部。本发明所示成孔剂材料不仅限于实施例中的麦秸秆，其他农作物秸秆如玉米秸秆、水稻秸秆等也可作为成孔剂制备多孔陶瓷。

Claims (7)

1.一种以秸秆为成孔剂的多孔陶瓷，其特征在于，其原料按重量份数计包括：高岭土47-54份、工业氧化铝10-13份、滑石36-40份、秸秆10-50份。
2.如权利要求1所述的多孔陶瓷，其特征在于：所述高岭土、工业氧化铝、滑石、秸秆制成粉后粒径不大于200目。
3.如权利要求1所述多孔陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：a)按重量份数计称取高岭土47-54份、工业氧化铝10-13份、滑石36-40份、秸秆10-50份备用；b)高岭土、工业氧化铝、滑石加水混合，搅拌均匀得预混液；c)将预混液干燥后过筛得粉体；d)秸秆磨碎并过筛得秸秆粉，将步骤c)所得粉体与秸秆粉混合均匀后压制成型得坯体；e)坯体干燥后进行烧成。
4.如权利要求3所述多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤b)中搅拌时间在4h以上。
5.如权利要求3所述多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤c)中预混液干燥温度为105℃，干燥时间为12h，过筛所使用的筛网为200目。
6.如权利要求3所述多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤d)中秸秆磨碎后过筛使用的筛网为200目，压制坯体时压力为30KN。
7.如权利要求3所述多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤e)中坯体在105℃下干燥12h，烧成制度为从室温逐步升温至1200℃，其中室温至105℃升温速率为6℃/min，105℃-300℃升温速率为10℃/min，300℃-700℃升温速率为3℃/min，700℃-800℃升温速率为6℃/min，800℃-1100℃升温速率为15℃/min，1100℃-1200℃升温速率为3℃/min，分别在300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、1100℃以及1200℃保温30min。
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