CN106390922A - 一种氧化铝/硅藻土复合调湿材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化铝/硅藻土复合调湿材料及其制备方法，以硅藻土、结晶氯化铝、碳酸铵和无水乙醇为原料，采用水热‑焙烧法，硅藻土与结晶氯化铝、碳酸铵、无水乙醇按照1:1～5：1～4:10～20的质量比配料和均混后于水热反应釜中在水热温度120～250℃进行水热反应6.0～24.0h；经过滤、洗涤、干燥后于600～1000℃下焙烧3.0～6.0h制得。该复合调湿材料氮吸附比表面积≥120m2/g，孔体积≥0.02cm3/g，平均孔径5～10nm，白度≥90％。本发明方法制备的复合调湿材料，吸放湿性能较纯硅藻土提高2倍以上，而且制备工艺简单，不产生二次污染，生产成本较低，在无机调湿材料领域具有良好的应用前景。

Description

一种氧化铝/硅藻土复合调湿材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化铝/硅藻土复合调湿材料及其制备方法，属于非金属矿物材料和非金属深加工领域。
背景技术
随着人们对室内空气环境质量的重视，硅藻泥作为一种新型环保健康装饰材料已经逐步走向大众家庭。作为硅藻泥中的重要功能组份之一，硅藻土的调湿性能直接影响硅藻泥产品的优劣。硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，具有发达的由微孔、介孔与大孔组成的三维孔结构，具有良好的调湿性能。目前我国低品位的二、三级硅藻土较为丰富，优质的一级硅藻土资源不足。低品位的硅藻土原料白度低，直接用于硅藻泥产品中影响美观和施工，严重制约了其在硅藻泥产品中的应用。目前提高低品位硅藻土白度的方法主要包括酸浸法和助熔焙烧法。酸浸法虽不破坏硅藻的孔状结构，但会产生大量的酸性废液，且酸浸法对实验设备耐腐性要求较高。熔剂焙烧法虽不产生废液，但由于高温下硅藻的原始孔结构、表面亲水性官能团遭到破坏，造成材料孔体积下降，调湿性能显著降低。高温煅烧硅藻土产品(助滤剂)的吸放湿能力难以满足高湿度地区对调湿材料高吸湿性能的要求。
氧化铝是一种典型的介孔材料，具有较高的比表面积与高度有序的介孔结构，而且孔道互相贯通，并具有稳定的理化性能与丰富的表面酸性中心，因而广泛地用于吸附剂、催化剂载体、粘结剂等领域。
本发明针对上述单一硅藻土，特别是硅藻土助滤剂难以满足高湿度地区对其高吸湿容量的要求的现状，提出一种将硅藻土与介孔氧化铝进行复合制备一种吸放湿能力强、应答速度快而且吸放湿滞后小的氧化铝/硅藻土复合调湿材料。
发明内容
针对现有技术中存在的缺点或不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种吸放湿速率快和平衡吸放湿量大的氧化铝/硅藻土复合调湿材料以及其制备方 法。
用本发明制备的氧化铝/硅藻土复合调湿材料，氮吸附BET比表面积≥120m2/g，孔体积≥0.02cm3/g，平均孔径5～10nm，白度≥90％。
本发明进一步提供了一种制备所述氧化铝/硅藻土复合调湿材料的方法，即以硅藻土、结晶氯化铝、碳酸铵和无水乙醇为原料，采用水热-焙烧法制备负载有介孔氧化铝的氧化铝/硅藻土复合调湿材料，其制备工艺步骤如下：
(1)将硅藻土与结晶氯化铝、碳酸铵、无水乙醇按照1:1～5：1～4:10～20的质量比配料和均混；
所述的硅藻土为粒度97％≤74μm(200目标准筛筛余≤3％)、白度≥80％，非晶质SiO2含量≥75％的硅藻原土、物理选矿后的硅藻精土或硅藻土助滤剂。
(2)将步骤(1)所述均混后的矿浆在水热反应釜中进行水热反应，水热温度120～250℃，水热时间6.0～24.0h；
(3)水热反应结束后待自然降温至室温后，对反应后的料浆进行过滤、洗涤和干燥；
(4)将(3)所述干燥产物放入回转窑、立窑或隧道窑(优选回转窑)中进行焙烧，焙烧温度600～1000℃，焙烧时间3.0～6.0h；
(5)待焙烧后的物料冷却至室温后进行卸料，即得到所述的氧化铝/硅藻土复合调湿材料。
本发明所述氧化铝/硅藻土助滤剂复合调湿材料的制备原理如下：硅藻土与结晶氯化铝、碳酸铵在水热和高温焙烧下发生以下化学反应：
(1)AlCl3·6H2O+(NH4)2CO3→Al(OH)3+NH4Cl+CO2
(2)Al(OH)3→Al2O3+H2O
(3)αAl2O3→γAl2O3
采用本发明方法制备的氧化铝/硅藻土复合调湿材料，其调湿性能较纯硅藻土提高2倍以上，环境温度30℃、相对湿度98％和83％下最大吸湿量分别达到11％和10％以上；环境温度30℃、相对湿度11％和23％下最大放湿量分别达到9％和5％以上，白度达到90％以上，而且制备工艺简单，不产生二次污染，生产成本较低，具有良好的应用前景。
附图说明
图1所示为实施例1所采用的硅藻土原料SEM照片。
图2所示为实施例1所制备的氧化铝/硅藻土复合调湿材料的SEM照片。
有图1可见，硅藻土原料中硅藻为多孔圆盘状结构；由图2可见，与硅藻土相比，本发明制备的氧化铝/硅藻土复合材料，硅藻表面被纳米氧化铝覆盖，变得更为疏松多孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明复合调湿材料的制备方法作进一步的说明。
实施例1：
原料介绍：硅藻土助滤剂来自临江兴辉助滤剂有限公司，主要化学成分及含量为SiO293.01％，Al2O31.33％，Fe2O31.37％，MgO 0.11％，CaO 0.25％，烧失量0.77％，白度为88％，粒度200目筛余2.2％。
制备工艺步骤如下：
将10g硅藻土助滤剂与结晶氯化铝、碳酸铵、无水乙醇按1:2:2:15的质量比配料、混合均匀后给入实验室反应釜中，在180℃下水热反应12h，过滤、洗涤、干燥后放入实验室回转管式炉中在800℃下焙烧4h制备氧化铝/硅藻土助滤剂复合调湿材料。
采用东莞市科文试验设备有限公司制造的KW-TH-225Z型可程式恒温恒湿试验箱测定实施例样品的吸湿性能。测试步骤如下：
(1)样品预处理：称取10g样品加蒸馏水浸湿，摇匀后放入105℃的烘箱中干燥，烘至连续一小时称取样品质量前后变化达到0.1％以下，在干燥器中冷却至室温后称重，并记录质量；
(2)测试准备：打开可程式恒温恒湿试验箱，在恒定30℃(保护温度50℃)的条件下调节目标湿度。打开电子天平的控制软件系统，设置端口参数；
(3)测试：在设定的温湿度环境下，样品进行吸湿试验，每隔10min通过电子天平称量的质量数据传送至电脑控制软件中，当样品质量连续一小时不再变化，样品已达饱和吸湿，吸湿过程结束。同样的，在设定的温湿度环境下，对吸湿饱和的样品进行放湿试验，当样品质量连续一小时不再变化，样品已达 饱和放湿，放湿过程结束。
材料的吸湿量计算公式如下：
材料的放湿量计算公式如下：
式中：Wa—吸湿过程结束时的吸湿量，单位为％；
Wb—放湿过程结束时的放湿量，单位为％；
ma—吸湿过程结束时样品的质量，单位为g；
mb—放湿过程结束时样品的质量，单位为g；
m0—吸湿前样品初始质量，单位为g
m1—放湿前样品初始质量，单位为g。
表1所示为实施例1样品在环境温度30℃、相对湿度98％、83％条件下其最大吸湿量，在环境温度30℃、相对湿度11％、23％条件下其最大放湿量，其中硅藻土助滤剂原料及实施例复合调湿材料样品的比表面积、孔体积和孔径分布采用北京精微高博科学技术有限公司制造的JW-BK型静态氮吸附仪测定，白度采用WSB-1型白度仪测试。
实施例2：
与实施例1中的原料和工艺步骤相同，不同之处在于硅藻土与结晶氯化铝、碳酸铵、无水乙醇按1:2:3:17的质量比配料，水热温度为150℃，水热时间为16h，焙烧温度为750℃，焙烧时间4.5h。
样品的调湿性能及比表面积、孔体积、孔径分布和白度测定方法同实施例1，结果列于表1。
实施例3：
与实施例1的工艺步骤相同，不同之处在于所用的原料为物理选矿后的硅藻精土，硅藻精土与结晶氯化铝、碳酸铵、无水乙醇按1:2:2:18的质量比配料，水热温度为210℃，水热时间为8h，焙烧温度为650℃，焙烧时间3.5h。
原料介绍：硅藻精土来自吉林省临江北峰硅藻土有限公司，主要化学成分 及含量为SiO290.25％，Al2O31.23％，Fe2O30.44％，MgO 0.10％，CaO 0.01％，烧失量7.74％，白度为81％，粒度200目筛余1.7％。
样品的调湿性能及比表面积、孔体积、孔径分布和白度测定方法同实施例1，结果列于表1。
实施例4：
与实施例1中工艺步骤相同，不同之处在于所用的原料为硅藻土一级土，硅藻土与结晶氯化铝、碳酸铵、无水乙醇按1:1:2:15的质量比配料，水热温度为150℃，水热时间为20h，焙烧温度为800℃，焙烧时间3h。
原料介绍：硅藻土一级土产自吉林省临江市，主要化学成分及含量为SiO287.05％，Al2O31.29％，Fe2O30.41％，MgO 0.10％，CaO 0.01％，烧失量9.65％，白度为82％，粒度200目筛余2.0％。
样品的调湿性能及比表面积、孔体积、孔径分布和白度测定方法同实施例1，结果列于表1。
表1各实施例产品的调湿性能及比表面积、孔体积、平均孔径和白度
最后需要说明的是，上面虽然结合实施例对本发明做了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，在权利要求保护范围内，还可以对上述实施例进行变更和改变等。

Claims (4)

1.一种氧化铝/硅藻土复合调湿材料，其特征是：氮吸附比表面积≥120m2/g，孔体积≥0.02cm3/g，平均孔径5～10nm，白度≥90％；环境温度30℃、相对湿度98％和83％下最大吸湿量分别达到11％和10％以上；环境温度30℃、相对湿度11％和23％下最大放湿量分别达到9％和5％以上。
2.一种权利要求1所述氧化铝/硅藻土复合调湿材料的制备方法，主要包括下列步骤：
(1)将硅藻土与结晶氯化铝、碳酸铵、无水乙醇按照1:1～5：1～4:10～20的质量比配料和均混；
(2)将步骤(1)所述均混后的矿浆在水热反应釜中进行水热反应，水热温度120～250℃，水热时间6.0～24.0h；
(3)水热反应结束后待自然降温至室温后，对反应后的料浆进行过滤、洗涤和干燥；
(4)将(3)所述干燥产物进行焙烧，焙烧温度600～1000℃，焙烧时间3.0～6.0h；
(5)待焙烧后的物料冷却至室温后进行卸料，即得到所述的氧化铝/硅藻土复合调湿材料。
3.根据权利要求2所述的一种氧化铝/硅藻土复合调湿材料的制备方法，其特征是：步骤(1)所述的硅藻土为粒度97％≤74μm(200目标准筛筛余≤3％)、白度≥80％，非晶质SiO2含量≥75％的硅藻原土、物理选矿后的硅藻精土或硅藻土助滤剂。
4.根据权利要求2所述的一种氧化铝/硅藻土复合调湿材料的制备方法，其特征是：步骤(4)所述的将干燥产物进行焙烧，其焙烧设备可以采用回转窑、立窑或隧道窑，优选回转窑。
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