CN107216058A - 一种石墨烯水泥助磨剂及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯水泥助磨剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯水泥助磨剂，该水泥助磨剂原料质量百分比如下：三乙醇胺：10%‑20%；二乙醇单异丙醇胺10%‑20%；三异丙醇胺：10%‑15%；石墨烯类：5%‑10%；溶剂：35%‑65%；所述石墨烯类为乙醇胺改性石墨烯和/或乙醇胺改性氧化石墨烯。本发明所涉及的水泥助磨剂既提高了水泥粉磨时的粉磨效果，使得粒径变小，又能改善水泥的力学性能。

Description

一种石墨烯水泥助磨剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及水泥生产技术领域，具体涉及一种石墨烯水泥助磨剂及其制备方法。
背景技术
水泥助磨剂是一种改善水泥粉磨效果和性能的化学添加剂，可以显著提高水泥台时产量、各龄期水泥强度，改善其流动性。水泥助磨剂作为水泥产业链中使用的一种产品，已成为许多水泥生产企业粉磨生产过程中必不可少的原料之一，能为水泥企业带来实实在在的效益，主要作用是提高水泥粉磨系统的台时产量、取得合理的工艺运行参数、提高各龄期水泥强度、降低熟料用量，增加混合材掺入量，降低水泥生产的综合电耗，提高企业的综合盈利能力。近几年，随着技术的进步，水泥使用量的增加，对水泥助磨剂的要求也越来越高，助磨剂能够发挥作用首先必须吸附于熟料颗粒表面，从而达到屏蔽或者中和颗粒破碎断裂面形成的电荷。
目前的水泥助磨剂大多只能提高水泥的粉磨效果，不能提高水泥的力学性能，所述技术领域的人员一直在寻求一种既能提高水泥粉磨效果又能改善水泥的力学性能和其他性能的助磨剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型水泥助磨剂及其制备方法，既能提升水泥的粉磨效果又能改善水泥的性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种石墨烯水泥助磨剂，其特征在于，该水泥助磨剂原料质量百分比如下：
三乙醇胺：10%-20%；
二乙醇单异丙醇胺10%-20%；
三异丙醇胺：10%-15%；
石墨烯类：5%-10%；
溶剂：35%-65%。
优选的，所述石墨烯类为乙醇胺改性石墨烯和/或乙醇胺改性氧化石墨烯，乙醇胺改性氧化石墨烯和乙醇胺改性石墨烯含有醇胺基，醇胺基具有提高助磨剂的助磨效果和抗压强度的作用。
进一步优选，所述乙醇胺改性石墨烯为TEA-Gr。TEA-Gr含有较多羟基，有较强的吸附性，易吸附在水泥颗粒表面，提高水泥颗粒间的静电斥力，能够提升助磨效果。
进一步优选，该水泥助磨剂原料质量百分比如下：
三乙醇胺：13%；
二乙醇单异丙醇胺15%；
三异丙醇胺：12%；
TEA-Gr：6%；
溶剂：54%。
进一步优选， TEA-Gr的制备方法为：
S1：将1份氧化石墨溶于50-120份去离子水中，超声分散20-45min；
S2：调节pH至1-2；
S3：在室温下搅拌并滴加4-6份三乙醇胺，静置24小时，得到a1；
S4：将a1用无水乙醇和去离子水洗涤至中性；
S5：加热到100℃，加入10份水合肼还原24小时，在50-70℃真空干燥箱干燥48小时，得到TEA-Gr。采用石墨为原料，成本较低。
或者，作为优选，所述石墨烯类为NH2IL/Gr和TEA-Gr的混合。NH2IL/Gr添加到水泥中能够提升水泥的耐酸性。
进一步优选，所述NH2IL/Gr的制备方法为：
t1：将1份氯化1-胺丙基-3-甲基咪唑溶于50-100份的去离子水中，超声分散20-45min；
t2：加入0.5-1份石墨烯，超声混合3小时；
t3：使用微滤膜过滤，并用去离子水清洗3次，得到NH2IL/Gr。
该水泥助磨剂的制备方法包括：
r1：选取石墨烯溶于溶剂中，超声分散20-50min；
r2：水浴加热到70-90℃，滴加三乙醇胺，反应2-8小时；
r3：离心分离20-40分钟；
r4：用去离子水洗涤至中性，静置24小时；
r5：依次加入二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺，搅拌10-20分钟，静置24小时，得到水泥助磨剂。
优选的，所述溶剂为水，成本较低，便于原料分散。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：其一，本发明涉及的水泥助磨剂含有大量极性较强的羟基，易吸附在水泥颗粒表面，中和水泥颗粒之间的电荷；三异丙醇胺上的甲基具有劈砌作用，乙醇胺改性氧化石墨烯和乙醇胺改性石墨烯中有较多羟基，羟基有助于水泥粉磨，乙醇胺改性氧化石墨烯上乙醇胺改性石墨烯含有醇胺基，有助于水泥粉磨，使用本发明中所涉及的水泥助磨剂进行水泥粉磨提高了水泥颗粒的比表面积，有很好的助磨效果；其二，三乙醇胺能够促进水泥前期水化，三异丙醇胺能够促进水泥后期水化，二乙醇单异丙醇胺介于两者之间，石墨烯类能够提升水泥的力学性能，水泥粉磨时添加本发明所涉及的水泥助磨剂后，能够显著提高水泥的抗压强度和抗折强度。综上，本发明所涉及的水泥助磨剂既能提升水泥的粉磨效果增大水泥颗粒的比表面积，又能改善水泥的性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出任何修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例一：
一种石墨烯水泥助磨剂，该水泥助磨剂原料质量百分比如下：
三乙醇胺：13%；
二乙醇单异丙醇胺：15%；
三异丙醇胺：12%；
氧化石墨烯：6%；
水：54%。
制备该水泥助磨剂具体包括以下步骤：
R1：将氧化石墨烯溶于水中，超声分散30min；
R2：水浴加热到80℃，滴加三乙醇胺，反应4小时；
R3：离心分离30分钟；
R4：用去离子水洗涤至中性，静置24小时；
R5：依次加入二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺，搅拌15分钟，静置24小时，得到水泥助磨剂。
实施例二：
一种石墨烯水泥助磨剂，该水泥助磨剂原料质量百分比如下：
三乙醇胺：13%；
二乙醇单异丙醇胺15%；
三异丙醇胺：12%；
NH2IL/Gr：6%；
水：54%。
制备该水泥助磨剂具体包括以下步骤：
R1：将NH2IL/Gr溶于水中，超声分散30min；
R2：水浴加热到80℃，滴加三乙醇胺，反应4小时；
R3：离心分离30分钟；
R4：用去离子水洗涤至中性，静置24小时；
R5：依次加入二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺，搅拌15分钟，静置24小时，得到水泥助磨剂。
其中，NH2IL/Gr的制备方法为：
t1：将1份氯化1-胺丙基-3-甲基咪唑溶于50份的去离子水中，超声分散30min；
t2：加入0.5份石墨烯，超声混合3小时；
t3：使用微滤膜过滤，并用去离子水清洗3次，得到NH2IL/Gr。
实施例三：
一种石墨烯水泥助磨剂，该水泥助磨剂原料质量百分比如下：
三乙醇胺：13%；
二乙醇单异丙醇胺15%；
三异丙醇胺：12%；
TEA-Gr：6%；
水：54%。
制备该水泥助磨剂具体包括以下步骤：
R1：将TEA-Gr溶于水中，超声分散30min；
R2：水浴加热到80℃，滴加三乙醇胺，反应4小时；
R3：离心分离30分钟；
R4：用去离子水洗涤至中性，静置24小时；
R5：依次加入二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺，搅拌15分钟，静置24小时，得到水泥助磨剂。
其中， TEA-Gr的制备方法为：
S1：将1份氧化石墨溶于100份去离子水中，超声分散30min；
S2：调节pH至1-2；
S3：在室温下搅拌并滴加5份三乙醇胺，静置24小时，得到a1；
S4：将a1用无水乙醇和去离子水洗涤至中性；
S5：加热到100℃，加入10份水合肼还原24小时，在60℃真空干燥箱干燥48小时，得到TEA-Gr。
实施例四：
一种石墨烯水泥助磨剂，该水泥助磨剂原料质量百分比如下：
三乙醇胺：13%；
二乙醇单异丙醇胺：15%；
三异丙醇胺：12%；
TEA-Gr：4%；
NH2IL/Gr：4%；
水：52%。
制备该水泥助磨剂具体包括以下步骤：
R1：将TEA-Gr溶于水中，超声分散30min；
R2：水浴加热到80℃，滴加三乙醇胺，反应4小时；
R3：离心分离30分钟；
R4：用去离子水洗涤至中性，静置24小时；
R5：依次加入二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺，搅拌15分钟，静置24小时，得到水泥助磨剂。
其中， TEA-Gr的制备方法为：
S1：将1份氧化石墨溶于100份去离子水中，超声分散30min；
S2：调节pH至1-2；
S3：在室温下搅拌并滴加5份三乙醇胺，静置24小时，得到a1；
S4：将a1用无水乙醇和去离子水洗涤至中性；
S5：加热到100℃，加入10份水合肼还原24小时，在60℃真空干燥箱干燥48小时，得到TEA-Gr。
NH2IL/Gr的制备方法为：
t1：将1份氯化1-胺丙基-3-甲基咪唑溶于50份的去离子水中，超声分散30min；
t2：加入0.5份石墨烯，超声混合3小时；
t3：使用微滤膜过滤，并用去离子水清洗3次，得到NH2IL/Gr。
对本发明的的实施例和对比例进行实验比较：
对比例1：该水泥助磨剂原料质量百分比如下：水100%。
对比例2：该水泥助磨剂原料质量百分比如下：水90%；NH2IL/Gr：10%。
对比例3：该水泥助磨剂原料质量百分比如下：水90%；TEA-Gr：10%。
对比例4：该水泥助磨剂原料质量百分比如下：三乙醇胺：13%；二乙醇单异丙醇胺：15%；三异丙醇胺：12%；水：60%。
选取型号为PC42.5水泥，分别向去添加实施例1、2、3、4以及对比例1、2、3、4组分的助磨剂，且助磨剂的添加量均为水泥总量的0.02%。测试助磨性能和水泥性能，具体测试结果如下：
表1：助磨剂性能测试：
表2：水泥试块力学性能测试：
表3：PH=2时，水泥试块的抗压强度对比结果（MPa）
由上述实验数据可以看出，本发明所涉及的水泥助磨剂能够显著提高水泥的比表面积和抗弯抗压强度，实施例2和实施例4还可以提高水泥的抗酸性。

Claims (10)

1.一种石墨烯水泥助磨剂，其特征在于，该水泥助磨剂原料质量百分比如下：
三乙醇胺：10%-20%；
二乙醇单异丙醇胺：10%-20%；
三异丙醇胺：10%-15%；
石墨烯类：5%-10%；
溶剂：35%-65%。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯水泥助磨剂，其特征在于，所述石墨烯类为乙醇胺改性石墨烯和/或乙醇胺改性氧化石墨烯。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯水泥助磨剂，其特征在于，所述乙醇胺改性石墨烯为TEA-Gr。
4.根据权利要求3所述的一种石墨烯水泥助磨剂，其特征在于，该水泥助磨剂原料质量百分比如下：
三乙醇胺：13%；
二乙醇单异丙醇胺15%；
三异丙醇胺：12%；
TEA-Gr：6%；
溶剂：54%。
5.根据权利要求3或4所述的一种石墨烯水泥助磨剂，其特征在于，所述TEA-Gr的制备方法为：
S1：将1份氧化石墨溶于50-120份去离子水中，超声分散20-45min；
S2：调节pH至1-2；
S3：在室温下搅拌并滴加4-6份三乙醇胺，静置24小时，得到a1；
S4：将a1用无水乙醇和去离子水洗涤至中性；
S5：加热到100℃，加入10份水合肼还原24小时，在50-70℃真空干燥箱干燥48小时，得到TEA-Gr。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯水泥助磨剂，其特征在于，所述石墨烯类为NH2IL/Gr和TEA-Gr的混合。
7.根据权利要求6所述的一种石墨烯水泥助磨剂，其特征在于，所述NH2IL/Gr的制备方法为：
t1：将1份氯化1-胺丙基-3-甲基咪唑溶于50-100份的去离子水中，超声分散20-45min；
t2：加入0.5-1份石墨烯，超声混合3小时；
t3：使用微滤膜过滤，并用去离子水清洗3次，得到NH2IL/Gr。
8.一种根据权利要求1-4、6、7任意一项所述的石墨烯水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，该水泥助磨剂的制备方法包括：
r1：选取石墨烯溶于溶剂中，超声分散20-50min；
r2：水浴加热到70-90℃，滴加三乙醇胺，反应2-8小时；
r3：离心分离20-40分钟；
r4：用去离子水洗涤至中性，静置24小时；
r5：依次加入二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺，搅拌10-20分钟，静置24小时，得到水泥助磨剂。
9.一种根据权利要求5所述的石墨烯水泥助磨剂的制备方法，其特征在于，该水泥助磨剂的制备方法包括：
r1：选取石墨烯溶于溶剂中，超声分散20-50min；
r2：水浴加热到70-90℃，滴加三乙醇胺，反应2-8小时；
r3：离心分离20-40分钟；
r4：用去离子水洗涤至中性，静置24小时；
r5：依次加入二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺，搅拌10-20分钟，静置24小时，得到水泥助磨剂。
10.根据权利要求1所述的一种石墨烯水泥助磨剂，其特征在于，所述溶剂为水。
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