CN106521542B - 一种碳硅复合材料及其制备方法和制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碳硅复合材料及其制备方法和制备系统。该碳硅复合材料的制备方法包括：选择纯度为99.9％的石墨碳，利用煅烧静压工艺制成石墨碳板；选择符合粒径要求的二氧化硅粉，制成二氧化硅板；将所述石墨碳板和二氧化硅板放置在电解反应槽内，接通脉动离子磁场搅拌装置，加注纯净水后，通入脉动直流电；待电解反应槽中的PH值到2.5，反应10‑12天后停止反应。该制备系统至少包括电解反应槽、石墨碳板、二氧化硅板和脉动离子磁场搅拌装置。该碳硅复合材料主要由石墨碳、二氧化硅和净化水组成。本发明的制备方法具有操作简便，生产成本低，易于规模化生产的优点；本发明的制备系统具有很强的生产实用性和经济性。

Description

一种碳硅复合材料及其制备方法和制备系统

技术领域

本发明涉及一种碳硅复合材料及其制备方法和系统，属于土壤改良技术领域。

背景技术

我国是一个农业大国，但不是农业强国，全国各类盐碱土地总面积达148700万亩(1亩≈667m²),其中盐渍化土壤为55400万亩,残余盐渍化土壤为67300万亩，潜在盐渍化土壤为26000万亩。土壤盐碱化是指土壤含盐量太高，而使农作物低产或不能生长的现象。当土壤表层的含盐量超过0.3％时，农作物的产量将明显下降；当土壤表层的含盐量超过0.6％时，大多数植物已不能生长；当土壤表层的含盐量超过1.0％时，只有一些特殊适应于盐土的植物才能生长。土壤盐碱化其对农业生产的危害很大，一方面造成土壤板结与肥力下降，不利于农作物吸收养分，影响单位面积农作物产量；另一方面，严重的土壤盐碱化造成耕地的弃耕，直接影响到我国的可耕地面积。

在不同的地域，盐碱土壤还由不同的盐性或碱性或盐碱性构成，例如新疆的盐碱地，就因地域的不同而存在明显的差异，东疆主要为红碱，南疆主要为白碱，北疆主要为黑碱。由于地质成因，新疆的土地历来为重盐碱地，且严重缺水，以往由于采用大水满灌治碱，能维持正常的农业生产，但随着国家对粮棉等大宗农产品的需求，盐碱土地的大量开发，大水满灌已不可能，缺水严重制约了新疆农业的发展，同时由于采用滴灌等设施农业后，这几年发现熟地严重泛碱，次生盐碱化严重泛滥，同时由于大型农机的运用，机柴油的跑冒滴漏，油污与土地的沾结，造成土壤的透气降低。粮棉逐年减产，同时新疆的新开荒地都是在盐碱地上进行改造，严重的缺水加上熟地滴灌的次生盐碱化已成为严重制约新疆农业的发展。

现有的盐碱土壤改良剂虽然对盐碱土壤具有一定的改良作用，但效果都不十分理想，且使用时间受到限制，应用范围比较狭窄。

如何寻找一种土壤改良剂，解决现有技术中对盐碱土壤的改良效果差的缺陷，拓宽土壤改良剂的应用范围，延长土壤改良剂的作用时间是人们亟待解决的问题。

发明内容

本发明为解决上述的技术问题，提供一种碳硅复合材料及其制备方法和制备系统，用于解决现有技术中土壤改良剂对盐碱土壤的改良效果差、应用范围窄、作用时间短等技术缺陷。

一方面，本发明提供了一种碳硅复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)选择纯度为99.9％石墨碳，利用煅烧静压工艺制成石墨碳板；

2)选择符合粒径要求的二氧化硅粉，制成二氧化硅板；

3)将所述石墨碳板和所述二氧化硅板放置在电解反应槽内，通入脉动直流电；

4)待电解反应槽中的PH值达到2.5，反应10-12天后停止反应。

进一步地，所述二氧化硅粉的粒径范围为1-50nm。

在具体实施方案中，步骤3可以是将所述石墨碳板和所述二氧化硅板放置在电解反应槽内，接通脉动离子磁场搅拌装置，加注纯净水后，在电解反应槽通入脉动直流电。

另一方面，本发明还提供了一种碳硅复合材料，是根据上述的制备方法制得，所述碳硅复合材料包括石墨碳、二氧化硅和净化水。

进一步地，所述碳硅复合材料中碳粉的化学组成以质量百分比表示为：C、95-95.8％，O、3.3-3.6％，P、0.3-0.5％，S、0.3-0.5％，K、0.5-0.7％，Cl、0.1-0.3％。

进一步地，所述碳硅复合材料中碳溶液的化学组成以质量百分比表示为：C、40.5-41.5％，O、51.2-52.6％，Na、2.1-2.7％，Mg、0.9-1.3％，Si、0.2-0.4％，S、0.8-1.2％，Cl、1.2-1.6％，Ca、0.9-1.3％。

本发明还提供一种用于实施制备上述碳硅复合材料的制备系统，该制备系统至少包括：电解反应槽、石墨碳板、二氧化硅板、脉动离子磁场搅拌装置；其中将所述石墨碳板和所述二氧化硅板放置在所述电解反应槽中，接通所述脉动离子磁场搅拌装置，加注纯净水后，在电解反应槽通入脉动直流电，进行工作。

进一步地，所述石墨碳板的尺寸是：长度45-50cm，宽度35-40cm，厚度3.5-4.5cm；所述二氧化硅板的尺寸是：长度45-50cm，宽度35-40cm，厚度0.5-1.0cm。

在具体实施方案中，所述脉动直流电的电流30-50A，电压11-13V。

本发明具有如下有益效果：

本发明所提供的碳硅复合材料的制备方法，与现有技术的区别在于作为原料的石墨板材资源紧缺且价格昂贵，而二氧化硅资源丰富价格低，本发明所提供的制备方法将二者合成能够降低生产成本，更容易规模化生产。

本发明所提供的碳硅复合材料属负电离子状态，当负电离子越活跃，其酸性越强，其物理酸度对碱性物质中和更具亲和性；

本发明所提供的碳硅复合材料，石墨碳和二氧化硅对碱性物质具有较好的亲和性，二者成分在农业中均为养分，其溶液离子状态更利于被吸收更容易被土壤所吸收；

本发明所提供的碳硅复合材料的制备系统，是针对石墨碳和二氧化硅的特性而提出的，使用电解反应槽能实现石墨碳和二氧化硅完全反应。本发明的制备系统按照设定的处理工艺进行排布设计，具有很强的生产实用性和经济性。

附图说明

图1为实施例中碳硅复合材料的制备系统的示意图；

图2为实施例中碳硅复合材料的制备系统的现场图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参考图1，具体的碳硅复合材料的制备方法如下：

1)先选择纯度为99.9％石墨碳，利用煅烧静压工艺制成石墨碳板220，其中采用煅烧静压工艺能够将石墨的纯度与硬度达到最佳的数值，从而产出粒径最小、纯度最高的纳米碳粒子；

2)选择粒径范围为1-50nm的二氧化硅粉，制成二氧化硅板230；

3)将石墨碳板220和二氧化硅板230放置在电解反应槽210内，用铜线串联，接通脉动离子磁场搅拌装置240，加注纯净水后，对电解反应槽210通入脉动直流电，控制其脉动直流电的电流40A，电压12V；

4)待电解反应槽210中的PH值达到2.5，反应12天后停止反应。

实施例2

将按照实施例1的制备方法所生产的碳粉作为样品，送到上海市计量测试技术研究院、华东国家计量测试中心、中国上海测试中心进行检测，其中使用的扫描电子显微镜是Nova NanoSEM 450，X射线能谱仪是51-XMX1154，该碳粉的样品成分测试结果按照质量百分比表示如下：C、95.3％，O、3.4％，P、0.4％，S、0.2％，Cl、0.2％，K、0.6％。

实施例3

将按照实施例1的制备方法所生产的碳溶液作为样品，送到上海市计量测试技术研究院、华东国家计量测试中心、中国上海测试中心进行检测，其中使用的扫描电子显微镜是Nova NanoSEM 450，X射线能谱仪是51-XMX1154，该碳溶液的化学组成以质量百分比表示为：C、41.0％，O、51.8％，Na、2.4％，Mg、1.1％，Si、0.3％，S、1.0％，Cl、1.4％，Ca、1.1％。

实施例4

本发明实施例的一种碳硅复合材料的制备系统，参考图1，该制备系统至少包括：电解反应槽210、石墨碳板220、二氧化硅板230、脉动离子磁场搅拌装置240。

其中石墨碳板220的尺寸是：长度45cm，宽度35cm，厚度3.5cm；二氧化硅板230的尺寸是：长度45cm，宽度35cm，厚度0.5cm；脉动离子磁场搅拌装置240通过电压与电流双向调节；电解反应槽的尺寸是：长度160cm，宽度60cm，高度50cm。

在本实施例中碳硅复合材料的制备系统的现场图如图2所示。利用本制备系统来制备碳硅复合材料的工作过程如下：

1)先选择高纯度99.9％石墨碳，利用煅烧静压工艺制成石墨碳板220；

2)随后选择粒径范围为1-50nm的二氧化硅粉，制成二氧化硅板230；

3)将石墨碳板220和二氧化硅板230放置在电解反应槽210内，用铜线串联，接通脉动离子磁场搅拌装置240，加注纯净水后，对电解反应槽210通入脉动直流电，控制其脉动直流电的电流40A，电压12V，开始工作；

4)待电解反应槽210中的PH值达到2.5，反应12天后停止工作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选择纯度为99.9％石墨碳，利用煅烧静压工艺制成石墨碳板；

2)选择符合粒径要求的二氧化硅粉，制成二氧化硅板；

3)将所述石墨碳板和所述二氧化硅板放置在电解反应槽内，通入脉动直流电；

4)待电解反应槽中的PH值达到2.5，反应10-12天后停止反应；

其中，所述二氧化硅粉的粒径范围为1-50nm。

2.根据权利要求1所述碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，将所述石墨碳板和所述二氧化硅板放置在电解反应槽内，通入脉动直流电具体为：将所述石墨碳板和所述二氧化硅板放置在电解反应槽内，接通脉动离子磁场搅拌装置，加注纯净水后，在电解反应槽通入脉动直流电。

3.一种碳硅复合材料，其特征在于，根据权利要求1或2所述的制备方法制得，所述碳硅复合材料包括石墨碳、二氧化硅和净化水；

其中，所述碳硅复合材料中碳溶液的化学组成以质量百分比表示为：C、40.5-41.5％，O、51.2-52.6％，Na、2.1-2.7％，Mg、0.9-1.3％，Si、0.2-0.4％，S、0.8-1.2％，Cl、1.2-1.6％，Ca、0.9-1.3％。

4.根据权利要求3所述的碳硅复合材料，其特征在于，所述碳硅复合材料中碳粉的化学组成以质量百分比表示为：C、95-95.8％，O、3.3-3.6％，P、0.3-0.5％，S、0.1-0.3％，K、0.5-0.7％，Cl、0.1-0.3％。

5.用于实施权利要求1或2所述碳硅复合材料制备方法的制备系统，其特征在于，至少包括：电解反应槽、石墨碳板、二氧化硅板和脉动离子磁场搅拌装置；将所述石墨碳板和二氧化硅板放置在所述电解反应槽中，接通所述脉动离子磁场搅拌装置，加注纯净水后，在电解反应槽通入脉动直流电，进行工作。

6.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，所述石墨碳板的尺寸是：长度45-50cm，宽度35-40cm，厚度3.5-4.5cm。

7.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，所述二氧化硅板的尺寸是：长度45-50cm，宽度35-40cm，厚度0.5-1.0cm。

8.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，所述脉动直流电的电流为30-50A，电压为11-13V。