CN108689638A - 一种多功能泡沫吸附板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能泡沫吸附板及其制备方法。本发明的多功能泡沫吸附板，按重量份计，原料包括以下组分：海泡石和辅料组成的混合料100份，造孔剂0～12份、粘结剂10～30份，其中，混合料中，海泡石的重量份为70～90份，辅料的重量份为10～30份，海泡石和辅料的重量份之和为100份。本发明的多功能泡沫吸附板，保留了矿物的天然纳米孔结构同时又具有人造介孔，这种多级孔结构形式使材料具有极高的比表面积，保证了材料的高吸附容量和良好的吸附稳定性；具有矿物的天然属性，对有害分子和离子可以选择性吸附，并能与有害物质形成化学健，可使有害物质被固化和高效清除。

Description

一种多功能泡沫吸附板及其制备方法

技术领域

本发明属于无机多孔材料制备技术领域，涉及一种多功能泡沫吸附板及其制备方法。

背景技术

海泡石矿物由于其独特的晶体结构，具有丰富的天然纳米孔道，其比表面积大、吸附性能强，是优良的空气过滤和吸附材料、催化剂载体、储能储热材料等，可以广泛应用于建筑节能、室内净化、大气治理、污水处理等诸多领域。

但是，这类型矿物材料都是粉体状，在存储、运输和使用过程中存在许多问题，例如使用不方便、回收困难。因此，需要将粉体原料进行固化，加工成块体或板体材料以方便使用；目前，矿物粉体成型的基本方法一般是压制成坯，然后高温烧结或水热固化。

CN106116282A公开了一种无机泡沫材料及其制备方法，该发明的无机泡沫材料采用粉煤灰、硅灰、碱激发剂组成原材料混合物，经过碱激发剂的混合、热处理而得到目标无机泡沫材料；其中各无机组分和水的摩尔比如下：SiO₂/Al₂O₃＝10～100，SiO₂/Na₂O＝1～20，Al₂O₃/Na₂O＝1～10，H2O/Na₂O＝1～30；充分搅拌混合后，根据对强度等指标的具体要求加入小于10wt％的聚丙烯纤维；然后，将混合物注入模具，在相对湿度为50％到100％之间对混合物进行热处理，热处理的温度范围为室温(RT)到700℃；在高温度保温10～100分钟后，制得具有不同性能指标的无机泡沫保温材料，该发明制备的无机泡沫材料具有良好的防火性能、绝热性能、较低的表观密度以及较低的成本。

CN103896624A公开了一种离心冷冻干燥技术制备梯度多孔陶瓷的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：按体积百分比分别取陶瓷粉末10％～40％，蒸馏水90％～60％，上述组分体积百分比之和为100％；步骤2：将陶瓷粉末加入蒸馏水中，均匀混合，得到体积浓度为10％～40％的陶瓷悬浊液；步骤3：按质量百分比分别取步骤2所得陶瓷悬浊液97％～88％，分散剂2％～8％，粘接剂1％～4％，上述组分质量百分比之和为100％；步骤4：将步骤3取得的分散剂和粘接剂加入陶瓷悬浊液中，均匀混合，得到陶瓷浆料；步骤5：将步骤4得到的陶瓷浆料注入底面为传热材料、侧面为保温材料的圆柱形模具中，然后将注入浆料的模具在离心机上以500rpm～3500rpm离心旋转1h～12h，然后将模具底部浸入-120℃～-30℃的液态冷源中并保持离心旋转；步骤6：陶瓷浆料完全冷冻后取出，置于压强为0～600Pa环境中低压干燥，得到梯度多孔陶瓷预制体；步骤7：将步骤6得到的梯度多孔陶瓷预制体在1250℃～1700℃的温度烧结，即制得梯度多孔陶瓷。该发明首先将陶瓷粉末、蒸馏水、分散剂和粘接剂配制成陶瓷浆料，注入模具后离心旋转并定向冷冻，再经低压干燥和烧结得到孔隙率呈连续梯度变化的多孔陶瓷，其解决了目前孔隙率呈梯度变化的多孔陶瓷界面处突变或呈阶梯式变化形成残余应力、导致材料失效的问题。

CN107602078A公开了一种以煤研石为主要原料制备轻质高强保温墙体材料的方法及应用，其制备方法包括如下步骤：1)高能球磨:将煤研石球磨为粉末，粉末粒径需小于150目标准筛网孔；2)配料：将特定比例的钙质原料粉末、煤研石粉末、所需量的水、氢氧化钠试剂加入到密闭反应容器中；3)水热合成反应：按设定的反应温度、反应时间和搅拌速度进行水热合成反应，获得硅酸钙纳米纤维复合粉体；4)成型：将步骤3)中粉料干燥，干压成型得到生坯；5)低温烧成：将步骤4)中得到的生坯在高温设备中经升温、保温和冷却制得最终产品，该发明制备的轻质高强保温墙体材料具有轻质、高强的特点和保温、隔音的性能。

CN103172402A公开了一种多功能多孔净化陶瓷颗粒材料及其制备方法，材料包括以下组分及重量份含量：埃洛石30～50、沸石10～20、硅藻土20～30、氧化铝10～20、纳米光催化复合材料1～3，包括备料、球磨、泥浆过筛、造孔、阴干、表面处理、高温锻烧、浸渍及低温锻烧工艺，该发明制备的多孔净化陶瓷材料具有三维体型结构孔道、不同孔径梯度、吸附性能强、杀菌抑菌效果好、可循环使用的特点。

综上所述，上述方法所用原料和工艺不尽相同，但是，在成型过程中都采用了高温烧结或聚合反应；应用在矿物粉体成型中会造成一些矿物天然孔道的坍塌和堵塞，或者破坏矿物本来的晶体结构，使其失去原有的吸附特性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种多功能泡沫吸附板，保留了矿物的天然纳米孔结构，同时又具有人造介孔，这种多级孔结构形式使材料具有极高的比表面积，保证了材料的高吸附容量和良好的吸附稳定性，可使有害物质被固化和高效清除。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种多功能泡沫吸附板，按重量份计，所述多功能泡沫吸附板的原料包括以下组分：

海泡石和辅料组成的混合料 100份

造孔剂 0～12份

粘结剂 10～30份，

其中，所述混合料中，所述海泡石的重量份为70～90份，所述辅料的重量份为10～30份，所述海泡石和所述辅料的重量份之和为100份；

所述多功能泡沫吸附板是通过将原料经预处理、混合、制浆、注浆、冷冻、干燥、低温煅烧制备得到的。

本发明所述的多功能泡沫吸附板是一种室内装修用建筑材料，具有装饰、吸附室内甲醛等有害气体、释放负氧离子和调节室内湿度等多种功能。

本发明利用多孔矿物海泡石为主要成分，按一定比例加入辅料混合，添加粘结剂和造孔剂，经过注浆成型、低温冷冻、低温低压干燥、低温焙烧，制得目标多功能泡沫吸附板。以多孔状的海泡石矿物为原料，保留了矿物的天然纳米孔结构，同时又形成了人造介孔；这种多级孔结构形式使材料具有极高的孔隙率和比表面积，保证了材料的高吸附容量和良好的吸附稳定性；辅料的加入用来改善材料的强度，不对矿物原料的晶体结构产生破坏；制成的多功能泡沫吸附板具有矿物的天然属性，对有害分子和离子具有选择性吸附，并能与有害物质形成化学健，能够保证有害物质被固化和高效清除。

本发明中，一种多功能泡沫吸附板，所述多功能泡沫吸附板的原料包括以下组分：

海泡石和辅料组成的混合料，100份，

造孔剂0～12份，例如造孔剂的重量份为0份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份。

粘结剂10～30份，例如粘结剂的重量份为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份。

其中，所述混合料中，所述海泡石的重量份为70～90份，所述辅料的重量份为10～30份，所述海泡石和所述辅料的重量份之和为100份。例如海泡石70～90份，例如海泡石的重量份为70份、71份、72份、73份、74份、75份、76份、77份、78份、79份、80份、81份、82份、83份、84份、85份、86份、87份、88份、89份、90份；辅料10～30份，例如辅料的重量份为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份。

本发明中，所述辅料为矿粉或纤维。

优选地，所述矿粉或纤维为硅藻土、沸石、电气石、凹凸棒石、聚丙烯纤维、玻璃纤维中的一种或至少两种的混合物。

所述造孔剂为无机造孔剂；优选地，所述无机造孔剂为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或至少两种的混合物。

所述粘结剂为有机粘结剂和/或无机粘结剂；所述粘结剂为有机粘结剂或无机粘结剂；所述有机粘结剂为羧甲基纤维素钠、环氧树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、田菁粉、氯乙烯树脂、甲基纤维素中的一种或至少两种的混合物。

优选地，所述无机粘结剂为硅溶胶、硅酸钠、拟薄水铝石、γ-氧化铝、氟硅酸钠、氧化锌、磷酸铝、磷酸镁、磷酸钙中的一种或至少两种的混合物。

本发明的目的之二在于提供一种多功能泡沫吸附板的制备方法，包括如下步骤：

1)按重量份计，将70～90份的海泡石矿物原料进行预处理；

2)在步骤1)处理后的矿物原料中加入10～30份的辅料搅拌混合均匀，得到混合料，所述海泡石和所述辅料的重量份之和为100份；

3)在步骤2)得到的混合料中加水配制成浆料，然后按所述混合料的重量份为100份计，依次加入0～12份的造孔剂、10～30份的粘结剂进行搅拌，得到浆料混合物；

4)将步骤3)得到的浆料混合物注入模型中，然后冷冻，低温低压下干燥，得到成型后坯体；

5)将步骤4)得到的坯体低温下煅烧，得到所述多功能泡沫吸附板。

步骤1)中，所述预处理是将海泡石原料进行高压均质化分散，经高压均质化分散预处理后使海泡石纤维束进行充分解离。

优选地，所述高压均质化处理的压力为100～200MPa，例如高压均质化处理的压力为100MPa、110MPa、120MPa、130MPa、140MPa、150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa、200MPa。

步骤3)中，所述浆料的浓度为50～80％，若浆料的浓度太低低于50％，则浆料太稀不易成型，若浆料的浓度太高高于80％，则材料中水含量太少不易形成多孔材料。

步骤4)中，所述低温低压干燥的温度为-50～-20℃，例如所述低温低压干燥的温度为-20℃、-30℃、-40℃、-50℃；所述低温低压干燥的压力为0～20Pa，例如所述低温低压干燥的压力为1Pa、2Pa、3Pa、4Pa、5Pa、6Pa、7Pa、8Pa、9Pa、10Pa、11Pa、12Pa、13Pa、14Pa、15Pa、16Pa、17Pa、18Pa、19Pa、20Pa。

优选地，步骤5)中，所述低温煅烧的温度为200～300℃，例如所述低温煅烧的温度为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃，其中，本发明所述的低温煅烧是相对于常规的温度为800℃以上的高温煅烧来说的。

作为优选方案，本发明的多功能泡沫吸附板的制备方法包括如下步骤：

1)使用100～200MPa的压力对70～90份的海泡石矿物原料进行高压均质化分散预处理；

2)在步骤1)处理后的原料中加入10～30份的矿粉或纤维混合均匀，得到混合料，所述海泡石和所述辅料的重量份之和为100份；

3)加水将步骤2)得到的混合料配制成浓度50％～80％的浆料，然后按所述混合料的重量份为100份计，添加0～12份的造孔剂，搅拌10min～30min，接着添加10～30份的粘结剂，搅拌10min～30min，得到浆料混合物；

4)将步骤3)得到的浆料混合物注入特定的模型中，然后在-50～-20℃的温度下冷冻，在压力为0～20Pa的环境下干燥，得到成型后坯体；

5)将步骤4)得到的坯体在200～300℃下煅烧，得到所述多功能泡沫吸附板。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的多功能泡沫吸附板，以多孔状的海泡石矿物为原料，保留了矿物的天然纳米孔结构，同时又形成了人造介孔；这种多级孔结构形式使材料具有极高的比表面积，比表面积为60～104m²/g，保证了材料的高吸附容量和良好的吸附稳定性。

(2)本发明的多功能泡沫吸附板的制备方法，利用矿物表面断键与粘结剂的接枝作用，以及通过添加纤维增强材料等辅料来保证产品的强度，不会对矿物原料的晶体结构产生破坏，抗压强度达到3～7MPa。

(3)本发明的多功能泡沫吸附板，具有矿物的天然属性，对有害分子和离子可以选择性吸附，并能与有害物质形成化学健，可使有害物质被固化和高效清除。

附图说明

图1为本发明的一种多功能泡沫吸附板制备方法工艺流程图；

图2为本发明的一种多功能泡沫吸附板制备方法制得的成型后产品的结构示意图；

图3为本发明的一种多功能泡沫吸附板的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图1-3，并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。

本发明的一种多功能泡沫吸附板，按重量份计，所述多功能泡沫吸附板的原料包括以下组分：

海泡石和辅料组成的混合料 100份

造孔剂 0～12份

粘结剂 10～30份，

其中，所述混合料中，所述海泡石的重量份为70～90份，所述辅料的重量份为10～30份，所述海泡石和所述辅料的重量份之和为100份；

所述多功能泡沫吸附板是通过将原料经预处理、混合、制浆、注浆、冷冻、干燥、低温煅烧制备得到的。

如图1所示，本发明的一种多功能泡沫吸附板的制备方法包括原料预处理、混合、制浆、注浆、冷冻、干燥、煅烧的步骤。

如图2所示，本发明制备的多功能泡沫吸附板，疏松多孔、质轻，上表面的多孔结构通过模具成型，内部及断面为多级孔结构，既保留了矿物的天然纳米孔结构，同时又形成了人造介孔。

图3为本发明的制得的多功能泡沫吸附板的扫描电镜图，由图3可以看出，本发明的多功能泡沫板具有多孔结构。

实施例1

1)使用130MPa的压力对海泡石矿物原料进行均质化预处理；

2)取处理后的海泡石85份、硅藻土10份、聚丙烯纤维5份混合均匀得到混合料；

3)加水将混合料配制成浓度60％的浆料，然后添加占混合料质量3％的造孔剂，搅拌10min，接着添加占混合料质量20％的粘结剂，搅拌30min，得到浆料混合物，所述造孔剂为碳酸氢钠、碳酸钠的混合物，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、环氧树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇的混合物；

4)将浆料混合物注入特定的模型中冷冻，保持温度-20℃，在10Pa的环境下干燥，得到成型后坯体；

5)将坯体在200℃下煅烧，即制得多功能泡沫吸附板成品。

实施例2

1)使用130MPa的压力对海泡石矿物原料进行均质化预处理；

2)取处理后的海泡石80份、硅藻土10份、电气石5份、聚丙烯纤维5份混合均匀得到混合料；

3)加水将混合料配制成浓度55％的浆料，添加占混合料质量15％的造孔剂，搅拌20min，接着添加占混合料质量15％的粘结剂，搅拌20min，得到浆料混合物，所述造孔剂为碳酸钠、碳酸氢铵、碳酸铵的混合物，所述粘结剂为硅酸钠、拟薄水铝石、γ-氧化铝、氟硅酸钠的混合物；

4)将浆料混合物注入特定的模型中冷冻，保持温度-40℃，在5Pa的环境下干燥，得到成型后坯体；

5)将坯体在200℃下煅烧，即制得多功能泡沫吸附板成品。

实施例3

1)使用150MPa的压力对海泡石矿物原料进行均质化预处理；

2)取处理后的海泡石85份、凹凸棒石5份、电气石5份、玻璃纤维5份混合均匀得到混合料；

3)加水将混合料配制成浓度70％的浆料，然后添加占混合料质量5％的造孔剂，搅拌20min，接着添加占混合料质量25％的粘结剂，搅拌30min，得到浆料混合物，所述造孔剂为碳酸氢铵、碳酸铵的混合物，所述粘结剂为环氧树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、氧化锌、磷酸铝的混合物；

4)将浆料混合物注入特定的模型中冷冻，保持温度-20℃，在5Pa的环境下干燥，得到成型后坯体；

5)将坯体在300℃下煅烧，即制得多功能泡沫吸附板成品。

实施例4

1)使用140MPa的压力对海泡石矿物原料进行均质化预处理；

2)取处理后的海泡石80份、硅藻土10份、玻璃纤维10份混合均匀得到混合料；

3)加水将混合料配制成浓度60％的浆料，然后添加占混合料质量2％的造孔剂，搅拌10min，接着添加占混合料质量20％的粘结剂，搅拌30min，得到浆料混合物，所述造孔剂为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢铵、碳酸铵的混合物，所述粘结剂为田菁粉、氯乙烯树脂、甲基纤维素、硅溶胶、磷酸钙的混合物；

4)将浆料混合物注入特定的模型中冷冻，保持温度-30℃，在1Pa的环境下干燥，得到成型后坯体；

5)将坯体在280℃下煅烧，即制得多功能泡沫吸附板成品。

对比例1

本对比例以85份海泡石、15份氢氧化钙为原料，通过水热固化制备多孔材料。

对比例2

本对比例将70份陶瓷粉体、15份粘结剂、10份塑型剂、5份分散剂混合，使用热压成型，脱模后1500℃高温烧结得到多孔陶瓷材料。

本发明的实施例1-4制得的多功能泡沫吸附板和对比例1-2制得的多孔材料的比表面积、密度、抗压强度的指标评价结果如表1所示。

表1

实施例	比表面积(m2/g)	密度(g/cm3)	抗压强度(MPa)
				实施例1	104	0.51	3
实施例2	86	0.60	4
				实施例3	72	0.64	5
实施例4	60	0.65	7
				对比例1	15	2	4
对比例2	8	0.6	3

由表1可见，相对于对比例1、2，本发明的多功能泡沫板具有较高的比表面积，比表面积为60m²/g以上，保证了材料的高吸附容量和良好的吸附稳定性；多功能泡沫板的密度小，为0.51～0.65g/cm³，质轻，吸附能力强。同时，还具有良好的力学性能，抗压强度达到3～7MPa。

以上实施例仅用来说明本发明的详细方法，本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能泡沫吸附板，其特征在于，按重量份计，所述多功能泡沫吸附板的原料包括以下组分：

海泡石和辅料组成的混合料 100份

造孔剂 0～12份

粘结剂 10～30份，

其中，所述混合料中，所述海泡石的重量份为70～90份，所述辅料的重量份为10～30份，所述海泡石和所述辅料的重量份之和为100份；

所述多功能泡沫吸附板是通过将原料经预处理、混合、制浆、注浆、冷冻、干燥、低温煅烧制备得到的。

2.根据权利要求1所述的多功能泡沫吸附板，其特征在于，所述辅料为矿粉或纤维；

优选地，所述矿粉或纤维为硅藻土、沸石、电气石、凹凸棒石、聚丙烯纤维、玻璃纤维中的一种或至少两种的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的多功能泡沫吸附板，其特征在于，所述造孔剂为无机造孔剂；

优选地，所述无机造孔剂为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或至少两种的混合物。

4.根据权利要求1-3之一所述的多功能泡沫吸附板，其特征在于，所述粘结剂为有机粘结剂和/或无机粘结剂；

优选地，所述有机粘结剂为羧甲基纤维素钠、环氧树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、田菁粉、氯乙烯树脂、甲基纤维素中的一种或至少两种的混合物；

优选地，所述无机粘结剂为硅溶胶、硅酸钠、拟薄水铝石、γ-氧化铝、氟硅酸钠、氧化锌、磷酸铝、磷酸镁、磷酸钙中的一种或至少两种的混合物。

5.一种如权利要求1-4之一所述的多功能泡沫吸附板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

1)按重量份计，将70～90份的海泡石矿物原料进行预处理；

2)在步骤1)处理后的矿物原料中加入10～30份的辅料搅拌混合均匀，得到混合料，所述海泡石和所述辅料的重量份之和为100份；

3)在步骤2)得到的混合料中加水配制成浆料，然后按所述混合料的重量份为100份计，依次加入0～12份的造孔剂、10～30份的粘结剂进行搅拌，得到浆料混合物；

4)将步骤3)得到的浆料混合物注入模型中，然后冷冻，低温低压下干燥，得到成型后坯体；

5)将步骤4)得到的坯体低温下煅烧，得到所述多功能泡沫吸附板。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述预处理是将海泡石原料进行高压均质化分散。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述高压均质化处理的压力为100～200MPa。

8.根据权利要求5-7之一所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述浆料的浓度为50～80％。

9.根据权利要求5-8之一所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述低温低压干燥的温度为-50～-20℃，所述低温低压干燥的压力为0～20Pa；

优选地，步骤5)中，所述低温煅烧的温度为200～300℃。

10.根据权利要求5-9之一所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

1)使用100～200MPa的压力对70～90份的海泡石矿物原料进行高压均质化分散预处理；

2)在步骤1)处理后的原料中加入10～30份的矿粉或纤维混合均匀，得到混合料；

3)加水将步骤2)得到的混合料配制成浓度50％～80％的浆料，然后按所述混合料的重量份为100份计，添加0～12份的造孔剂，搅拌10min～30min，接着添加10～30份的粘结剂，搅拌10min～30min，得到浆料混合物；

4)将步骤3)得到的浆料混合物注入特定的模型中，然后在-50～-20℃的温度下冷冻，在压力为0～20Pa的环境下干燥，得到成型后坯体；

5)将步骤4)得到的坯体在200～300℃下煅烧，得到所述多功能泡沫吸附板。