CN106242340A - 一种多组分生物质水泥助磨剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多组分生物质水泥助磨剂的制备方法，属于化工建筑材料技术领域。本发明先用氢氧化钠溶液浸泡秸秆，再利用液氮处理，接着将富含木质素的秸秆和甘蔗渣和猪粪混合发酵，再将发酵渣经氧化和磺化处理在木质素上键合大量磺酸根基团，最后与纳米级多羟基纤维素复配，充分发挥各组分的协同作用，提高水泥粉磨效率，有效解决了目前常见的助磨剂配方绝大多数都是醇胺类、多元醇类等单一化学成分产品，其价格成本较高，性能稳定性差导致作用效果差，不能满足多种粉磨物料的适应性的问题，具有广阔的应用前景。

Description

一种多组分生物质水泥助磨剂的制备方法
技术领域
本发明公开了一种多组分生物质水泥助磨剂的制备方法，属于化工建筑材料技术领域。
背景技术
随着我国水泥行业的快速发展，并且对节能减排的要求越来越高，助磨剂的应用将会受到水泥生产企业的更加重视，其发展前景极其广阔。改善生产粉磨水泥的质量，提高水泥物料的粉磨效率，降低能耗，提高产量，已经成为水泥生产企业的首要任务。近些年，有关高校及科研所对关于助磨剂做了大量深入的研究，但目前国内外关于助磨剂方面研究仍存在不少问题。目前国内广泛应用的液体水泥助磨剂配方绝大多数都是醇胺类、多元醇类等单一或两三种单体复合的产品，其价格成本较高，掺量变动敏感，性能稳定性差。利用工业废料、工业副产品研究开发高效水泥助磨剂仍然较少，其应用技术推广不够普遍，且没能够与多种类的助磨剂有效成分合理的复合使用，以发挥最理想的助磨效果。
在水泥物料粉磨过程中添加少量的助磨剂，掺入的助磨剂由于具有强的吸附性，能够吸附在水泥粉磨物料表面，改善物料的易磨性；助磨剂同时也具有强的分散性，则能够消除水泥颗粒间的静电作用从而防止水泥细颗粒重新团聚，这正是使用助磨剂的根本目的。助磨剂主要作用在于通过消除水泥细颗粒之间的静电吸引力，减少磨机内部水泥颗粒团聚和糊球现象，在粉磨时间保持不变的情况下，这能够很好地改善水泥细度，大大降低水泥粗颗粒；或者在控制好粉磨要求细度的情况下，能够缩短粉磨时间，从而增加水泥产量。由于单一的助磨剂作用效果差，也不能满足多种粉磨物料的适应性；则应该通过优选多种价格合理的原料，并将其进行有效的复配得到的复合水泥助磨剂，其配方溶液中具有多种活性功能基团，而各种活性基团会产生协同作用，这能够有效提高其助磨效果和适应性，尽量釆用经过化学改性，如磺化、碱化处理的化工废料、工业副产品等等，它们来源广泛，价格低廉；将其作为助磨剂原料，这样既有利于废品资源的回收利用，又有利于环境保护，其研究应用前景相当广阔。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前常见的助磨剂配方绝大多数都是醇胺类、多元醇类等单一化学成分产品，其价格成本较高，性能稳定性差导致作用效果差，不能满足多种粉磨物料的适应性的问题，本发明先用氢氧化钠溶液浸泡秸秆，削弱纤维间结合力，促进微纤维丝层滑动，再利用液氮处理，使纤维细胞中形成冰晶，再研磨使细胞壁中的冰晶受到压力作用而破裂，使纤维分离成纳米级的纤维束，接着将富含木质素的秸秆和甘蔗渣、猪粪混合发酵，再将发酵渣经氧化和磺化处理在木质素上键合大量磺酸根基团，最后与纳米级多羟基纤维素复配，充分发挥各组分的协同作用，提高水泥粉磨效率，有效解决了目前常见的助磨剂配方绝大多数都是醇胺类、多元醇类等单一化学成分产品，其价格成本较高，性能稳定性差导致作用效果差，不能满足多种粉磨物料的适应性的问题，具有广阔的应用前景。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取300～400g水稻秸秆放入气流粉碎机中粉碎后过100目筛，按固液比为1:5将过筛后的秸秆粉末和质量浓度为8%氢氧化钠溶液混合，再放入超声振荡仪中以200～300W功率振荡浸渍6～8h，过滤分离得到滤渣；
（2）将上述得到的滤渣平铺在烧杯中，用液氮喷淋冷冻处理40～50s后立即转入刚玉研钵中，研磨30～40min后得到纳米级多羟基纤维束，备用；
（3）称取1～2kg高粱杆和800～900g甘蔗渣依次放入秸秆粉碎机中粉碎后过100目筛，将过筛后的混合粉末和等质量的猪粪混合得到发酵底物，并将其装入陶瓷发酵罐中，再向陶瓷罐中加入40～50g纳豆以及900～1000mL去离子水，用搅拌棒搅拌均匀后，在35～40℃下静置发酵20～30天；
（4）待发酵结束后将发酵产物过滤，分离得到滤渣并用无水乙醇和去离子水依次冲洗15～20min，将冲洗后的滤渣加入到其体积5～8倍的质量浓度为10%氢氧化钠溶液中，在70～80℃水浴中搅拌1～2h，过滤得到滤液，再用浓度为0.5mol/L盐酸调节滤液pH至2～3，移入4～6℃的冰水浴中静置沉淀过夜，过滤得到沉淀；
（5）将上述沉淀用质量浓度为30%双氧水浸泡30～40min后装入保鲜袋，密封袋口后在阳光下曝晒5～6h后取出，将曝晒后的沉淀和等质量的亚硫酸钠混合后装入三口烧瓶，再向烧瓶中加入两者混合物总体积2～3倍的去离子水，将烧瓶转入水浴锅中，在80～90℃下搅拌反应1～2h；
（6）待上述反应结束后过滤分离得到滤渣即为多基团滤渣，再按重量份数计称取7～10份粉煤灰、40～50份备用的纳米级多羟基纤维束和35～50份多基团滤渣依次装入球磨机中研磨混合20～30min后出料，包装即得多组分生物质水泥助磨剂。
本发明的应用方法是：按重量份数计，取本发明制得的多组分生物质水泥助磨剂2～4份，水泥15～20份，自来水8～10份混合均匀后，倒入助磨机中，在100～120℃温度下助磨搅拌2～3h，搅拌结束后，将水泥涂覆于墙壁上，厚度为1～2cm，经实例证明，掺杂本发明所得水泥助剂后的水泥抗压强度增强3～6MPa，使用寿命较传统水泥寿命延长4～6年。
本发明的有益效果是：
（1）本发明方法简单易于操作，原料简单，不仅原料获得途径简单，并且操作过程简单，且操作条件易于控制；
（2）本发明制得的水泥助磨剂与各种外加剂兼容性极佳，克服了传统水泥助磨剂与外加剂有匹配和选择性较强的问题，抗压强度大幅增强，适合大规模生产应用。
具体实施方式
首先称取300～400g水稻秸秆放入气流粉碎机中粉碎后过100目筛，按固液比为1:5将过筛后的秸秆粉末和质量浓度为8%氢氧化钠溶液混合，再放入超声振荡仪中以200～300W功率振荡浸渍6～8h，过滤分离得到滤渣；将上述得到的滤渣平铺在烧杯中，用液氮喷淋冷冻处理40～50s后立即转入刚玉研钵中，研磨30～40min后得到纳米级多羟基纤维束，备用；称取1～2kg高粱杆和800～900g甘蔗渣依次放入秸秆粉碎机中粉碎后过100目筛，将过筛后的混合粉末和等质量的猪粪混合得到发酵底物，并将其装入陶瓷发酵罐中，再向陶瓷罐中加入40～50g纳豆以及900～1000mL去离子水，用搅拌棒搅拌均匀后，在35～40℃下静置发酵20～30天；待发酵结束后将发酵产物过滤，分离得到滤渣并用无水乙醇和去离子水依次冲洗15～20min，将冲洗后的滤渣加入到其体积5～8倍的质量浓度为10%氢氧化钠溶液中，在70～80℃水浴中搅拌1～2h，过滤得到滤液，再用浓度为0.5mol/L盐酸调节滤液pH至2～3，移入4～6℃的冰水浴中静置沉淀过夜，过滤得到沉淀；将上述沉淀用质量浓度为30%双氧水浸泡30～40min后装入保鲜袋，密封袋口后在阳光下曝晒5～6h后取出，将曝晒后的沉淀和等质量的亚硫酸钠混合后装入三口烧瓶，再向烧瓶中加入两者混合物总体积2～3倍的去离子水，将烧瓶转入水浴锅中，在80～90℃下搅拌反应1～2h；待上述反应结束后过滤分离得到滤渣即为多基团滤渣，再按重量份数计称取7～10份粉煤灰、40～50份备用的纳米级多羟基纤维束和35～50份多基团滤渣依次装入球磨机中研磨混合20～30min后出料，包装即得多组分生物质水泥助磨剂。
实例1
首先称取300g水稻秸秆放入气流粉碎机中粉碎后过100目筛，按固液比为1:5将过筛后的秸秆粉末和质量浓度为8%氢氧化钠溶液混合，再放入超声振荡仪中以200W功率振荡浸渍6h，过滤分离得到滤渣；将上述得到的滤渣平铺在烧杯中，用液氮喷淋冷冻处理40s后立即转入刚玉研钵中，研磨30min后得到纳米级多羟基纤维束，备用；称取1kg高粱杆和800g甘蔗渣依次放入秸秆粉碎机中粉碎后过100目筛，将过筛后的混合粉末和等质量的猪粪混合得到发酵底物，并将其装入陶瓷发酵罐中，再向陶瓷罐中加入40g纳豆以及900mL去离子水，用搅拌棒搅拌均匀后，在35℃下静置发酵20天；待发酵结束后将发酵产物过滤，分离得到滤渣并用无水乙醇和去离子水依次冲洗15min，将冲洗后的滤渣加入到其体积5倍的质量浓度为10%氢氧化钠溶液中，在70℃水浴中搅拌1h，过滤得到滤液，再用浓度为0.5mol/L盐酸调节滤液pH至2，移入4℃的冰水浴中静置沉淀过夜，过滤得到沉淀；将上述沉淀用质量浓度为30%双氧水浸泡30min后装入保鲜袋，密封袋口后在阳光下曝晒5h后取出，将曝晒后的沉淀和等质量的亚硫酸钠混合后装入三口烧瓶，再向烧瓶中加入两者混合物总体积2倍的去离子水，将烧瓶转入水浴锅中，在80℃下搅拌反应1h；待上述反应结束后过滤分离得到滤渣即为多基团滤渣，再按重量份数计称取7份粉煤灰、40份备用的纳米级多羟基纤维束和35份多基团滤渣依次装入球磨机中研磨混合20min后出料，包装即得多组分生物质水泥助磨剂。
本发明的应用方法是：按重量份数计，取本发明制得的多组分生物质水泥助磨剂2份，水泥15份，自来水8份混合均匀后，倒入助磨机中，在100℃温度下助磨搅拌2h，搅拌结束后，将水泥涂覆于墙壁上，厚度为1cm，经实例证明，掺杂本发明所得水泥助剂后的水泥抗压强度增强3MPa，使用寿命较传统水泥寿命延长4年。
实例2
首先称取350g水稻秸秆放入气流粉碎机中粉碎后过100目筛，按固液比为1:5将过筛后的秸秆粉末和质量浓度为8%氢氧化钠溶液混合，再放入超声振荡仪中以250W功率振荡浸渍7h，过滤分离得到滤渣；将上述得到的滤渣平铺在烧杯中，用液氮喷淋冷冻处理45s后立即转入刚玉研钵中，研磨35min后得到纳米级多羟基纤维束，备用；称取1.5kg高粱杆和850g甘蔗渣依次放入秸秆粉碎机中粉碎后过100目筛，将过筛后的混合粉末和等质量的猪粪混合得到发酵底物，并将其装入陶瓷发酵罐中，再向陶瓷罐中加入45g纳豆以及950mL去离子水，用搅拌棒搅拌均匀后，在37℃下静置发酵25天；待发酵结束后将发酵产物过滤，分离得到滤渣并用无水乙醇和去离子水依次冲洗17min，将冲洗后的滤渣加入到其体积7倍的质量浓度为10%氢氧化钠溶液中，在75℃水浴中搅拌1.5h，过滤得到滤液，再用浓度为0.5mol/L盐酸调节滤液pH至2.5，移入5℃的冰水浴中静置沉淀过夜，过滤得到沉淀；将上述沉淀用质量浓度为30%双氧水浸泡35min后装入保鲜袋，密封袋口后在阳光下曝晒5.5h后取出，将曝晒后的沉淀和等质量的亚硫酸钠混合后装入三口烧瓶，再向烧瓶中加入两者混合物总体积2.5倍的去离子水，将烧瓶转入水浴锅中，在85℃下搅拌反应1.5h；待上述反应结束后过滤分离得到滤渣即为多基团滤渣，再按重量份数计称取9份粉煤灰、45份备用的纳米级多羟基纤维束和42份多基团滤渣依次装入球磨机中研磨混合25min后出料，包装即得多组分生物质水泥助磨剂。
本发明的应用方法是：按重量份数计，取本发明制得的多组分生物质水泥助磨剂3份，水泥17份，自来水9份混合均匀后，倒入助磨机中，在110℃温度下助磨搅拌2.5h，搅拌结束后，将水泥涂覆于墙壁上，厚度为1.5cm，经实例证明，掺杂本发明所得水泥助剂后的水泥抗压强度增强5MPa，使用寿命较传统水泥寿命延长5年。
实例3
首先称取400g水稻秸秆放入气流粉碎机中粉碎后过100目筛，按固液比为1:5将过筛后的秸秆粉末和质量浓度为8%氢氧化钠溶液混合，再放入超声振荡仪中以300W功率振荡浸渍8h，过滤分离得到滤渣；将上述得到的滤渣平铺在烧杯中，用液氮喷淋冷冻处理50s后立即转入刚玉研钵中，研磨40min后得到纳米级多羟基纤维束，备用；称取2kg高粱杆和900g甘蔗渣依次放入秸秆粉碎机中粉碎后过100目筛，将过筛后的混合粉末和等质量的猪粪混合得到发酵底物，并将其装入陶瓷发酵罐中，再向陶瓷罐中加入50g纳豆以及1000mL去离子水，用搅拌棒搅拌均匀后，在40℃下静置发酵30天；待发酵结束后将发酵产物过滤，分离得到滤渣并用无水乙醇和去离子水依次冲洗20min，将冲洗后的滤渣加入到其体积8倍的质量浓度为10%氢氧化钠溶液中，在80℃水浴中搅拌2h，过滤得到滤液，再用浓度为0.5mol/L盐酸调节滤液pH至3，移入6℃的冰水浴中静置沉淀过夜，过滤得到沉淀；将上述沉淀用质量浓度为30%双氧水浸泡40min后装入保鲜袋，密封袋口后在阳光下曝晒6h后取出，将曝晒后的沉淀和等质量的亚硫酸钠混合后装入三口烧瓶，再向烧瓶中加入两者混合物总体积3倍的去离子水，将烧瓶转入水浴锅中，在90℃下搅拌反应2h；待上述反应结束后过滤分离得到滤渣即为多基团滤渣，再按重量份数计称取10份粉煤灰、50份备用的纳米级多羟基纤维束和50份多基团滤渣依次装入球磨机中研磨混合30min后出料，包装即得多组分生物质水泥助磨剂。
本发明的应用方法是：按重量份数计，取本发明制得的多组分生物质水泥助磨剂4份，水泥20份，自来水10份混合均匀后，倒入助磨机中，在120℃温度下助磨搅拌3h，搅拌结束后，将水泥涂覆于墙壁上，厚度为2cm，经实例证明，掺杂本发明所得水泥助剂后的水泥抗压强度增强6MPa，使用寿命较传统水泥寿命延长6年。

Claims (1)

1.一种多组分生物质水泥助磨剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取300～400g水稻秸秆放入气流粉碎机中粉碎后过100目筛，按固液比为1:5将过筛后的秸秆粉末和质量浓度为8%氢氧化钠溶液混合，再放入超声振荡仪中以200～300W功率振荡浸渍6～8h，过滤分离得到滤渣；
（2）将上述得到的滤渣平铺在烧杯中，用液氮喷淋冷冻处理40～50s后立即转入刚玉研钵中，研磨30～40min后得到纳米级多羟基纤维束，备用；
（3）称取1～2kg高粱杆和800～900g甘蔗渣依次放入秸秆粉碎机中粉碎后过100目筛，将过筛后的混合粉末和等质量的猪粪混合得到发酵底物，并将其装入陶瓷发酵罐中，再向陶瓷罐中加入40～50g纳豆以及900～1000mL去离子水，用搅拌棒搅拌均匀后，在35～40℃下静置发酵20～30天；
（4）待发酵结束后将发酵产物过滤，分离得到滤渣并用无水乙醇和去离子水依次冲洗15～20min，将冲洗后的滤渣加入到其体积5～8倍的质量浓度为10%氢氧化钠溶液中，在70～80℃水浴中搅拌1～2h，过滤得到滤液，再用浓度为0.5mol/L盐酸调节滤液pH至2～3，移入4～6℃的冰水浴中静置沉淀过夜，过滤得到沉淀；
（5）将上述沉淀用质量浓度为30%双氧水浸泡30～40min后装入保鲜袋，密封袋口后在阳光下曝晒5～6h后取出，将曝晒后的沉淀和等质量的亚硫酸钠混合后装入三口烧瓶，再向烧瓶中加入两者混合物总体积2～3倍的去离子水，将烧瓶转入水浴锅中，在80～90℃下搅拌反应1～2h；
（6）待上述反应结束后过滤分离得到滤渣即为多基团滤渣，再按重量份数计称取7～10份粉煤灰、40～50份备用的纳米级多羟基纤维束和35～50份多基团滤渣依次装入球磨机中研磨混合20～30min后出料，包装即得多组分生物质水泥助磨剂。
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