CN111302825B - 一种无机多层功能性蓄水陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无机多层功能性蓄水陶粒及其制备方法，属于水土保持领域。所述蓄水陶粒具有较大的外孔和较小的内孔，这样吸水后的蒸发过程中，水分不易通过毛细管力渗透到表面，有助于在相同的吸水条件下保持水分，从而提高陶粒的蓄水性能，所述制备方法通过配制原料与不同尺寸碳粉制备不同层原料，再通过逐层包覆的方法成型，然后烧结制备内部孔隙小，外部孔隙大的多层陶粒。由于其吸水性好，蓄水性能优异、失水缓慢、造价低、耐用性好、能重复利用，可被广泛应用。

Description

一种无机多层功能性蓄水陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及水土保持技术领域，特别是涉及一种无机多层功能性蓄水陶粒及其制备方法。
背景技术
水资源是人类赖以生存和发展的、不可替代的自然资源。由于气候变化及环境承载能力的原因，导致“逢雨必涝、雨后即旱”水资源紧缺等问题频现。特别是干旱地区的储水工作尤其重要，其中蓄水材料的开发与使用，一直是研究热点。但是现有的吸水蓄水材料要么存在成本非常高、易分解等问题，要么存在稳定性和耐盐性较差、使用寿命短等不足。
陶粒作为一种常见的再生骨料，在建材行业中被大量应用，而它本身成本低、耐久性好、强度高、环保型好的特点使其可以被大量应用于别的领域，同时陶粒的多孔结构，使其具有一定的蓄水能力，因此可作为水土保持的吸水保水性材料，有很多的陶粒吸水产品也应运而生。然而这些陶粒往往通过掺和造孔剂增多陶粒的吸水孔，这样虽然可以提高陶粒的吸水性，陶粒吸水多而快，但是失水同样很快，难以真正起到蓄水的作用。目前仍然缺乏一种可以适用于目前中国水土保持对低成本、高效、耐盐耐碱、环保、可循环使用的需求产品。
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明的目的在于提出一种无机多层功能性蓄水陶粒及其制备方法。每层原料中添加不同粒径的造孔剂，在烧结制备时，造孔剂在高温下被移除，留下孔隙，这样可以制备出内部孔径小，外部孔径大的多层陶粒；由于该结构具有较大的外孔和较小内孔，这样吸水后的蒸发过程中，水分不易通过毛细管力渗透到表面，有助于在相同的吸水条件下保持水分，从而提高陶粒的蓄水性能。该方法制备的陶粒吸水性好，保水性能优异、失水缓慢、造价低、耐用性好、能重复利用，可用于水土保持领域。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种无机多层功能性蓄水陶粒，所述蓄水陶粒为多层核壳结构，所述蓄水陶粒内部含有孔状结构，所述孔状结构的孔径从核的内部向外逐渐增大。
本发明提供一种所述的无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法，包括以下步骤：在多层结构陶粒的制备过程中，每层原料中添加不同粒径的造孔剂，在烧结制备时，制备内部孔隙小，外部孔隙大的多层陶粒。无机多层功能性蓄水陶粒在每层原料中添加不同粒径的造孔剂，在烧结制备时，造孔剂在高温下被移除，留下孔隙，这样可以制备出内部孔隙小，外部孔隙大的多层陶粒；因为该结构具有较大的外孔和较小的内孔，有助于在相同的吸水条件下保持水分，可作为海绵城市、干旱地区地表储水等的基本单元，也可用于需要水分长期缓慢释放的水土保持领域。
进一步的，所述的无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择在高温下可移除材料作为造孔剂，通过筛分得到不同颗粒尺寸的造孔剂；
(2)选用无机材料作为蓄水陶粒的主要材料；
(3)在制备原料时，将准备好的无机材料及筛分后的可移除材料均匀混合，根据可移除材料的粒径不同，分成不同层原料；
(4)按照内部可移除材料粒径小，外部可移除材料粒径大的原则，运用圆盘包覆法将不同层原料逐层包裹成型，制成陶粒坯体；
(5)将陶粒坯体陈化24h；
(6)将陈化好的陶粒坯体进行烧结，最终烧制成无机多层功能性蓄水陶粒。
进一步的，所述高温下可移除材料包括无机可燃物，有机可燃物，有机固废或可升华物质。
进一步的，所述无机可燃物包括碳，所述有机可燃物包括聚丙烯、聚乙烯醇或者可溶性淀粉，所述有机固废包括秸秆、稻壳或者锯末，所述可升华物质包括萘、碘或者石蜡。
进一步的，所述无机材料为可以用于陶粒生产的原料。
进一步的，所述可以用于陶粒生产的原料包括黏土、高岭土、页岩、膨润土、绢云母、滑石、粉煤灰、石灰石粉、煤矸石粉、矿粉、钢渣、或者铅锌渣。
进一步的，将造孔剂筛分为80-115目、115-160目、160-180目、180-240目，四种不同粒径范围。
进一步的，运用圆盘包覆法造粒时，控制圆盘角度为55°，转速为50转/min，加水时均匀缓慢喷入，加水量为10wt％。
进一步的，控制烧结温度为950-1300℃，升温速率10℃/min，并在最高温度保持30min。将陈化好的坯体进行烧结，注意控制烧结温度及升温速率，防止陶粒因升温过快而烧胀，最终烧制成新结构无机多层蓄水陶粒。
本发明公开了以下技术效果：
本发明所述无机多层功能性蓄水陶粒在每层原料中添加不同粒径的造孔剂，在烧结制备时，造孔剂在高温下被移除，留下孔隙，这样可以制备出内部孔隙小，外部孔隙大的多层陶粒；因为该结构具有较大的外孔和较小的内孔，这样吸水后的蒸发过程中，水分不易通过毛细管力渗透到表面，有助于在相同的吸水条件下保持水分，从而提高陶粒的蓄水性能，有助于在相同的吸水条件下保持水分，可作为海绵城市、干旱地区地表储水等的基本单元，也可用于需要水分长期缓慢释放的水土保持领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法流程图；
图2为本发明实施例1制备的无机多层功能性蓄水陶粒的结构示意图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
本实施例所述无机多层功能性蓄水陶粒制备方法，包括以下步骤：
(1)选用黏土作为原料，置于110℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎，全部过200目筛。选用碳粉做造孔材料，碳粉过筛，筛分为80-115目、115-160目、160-180目、180-240目，四种不同粒径范围的碳粉原料，将其分别以30％的比例与准备好的黏土均匀混合成200g粉料。
(2)根据步骤(1)，将200g的180-240目碳粉黏土粉料，用圆盘包覆法加水滚动成球，运用圆盘包覆法造粒时需注意，控制圆盘角度为55°，转速为50转/min，加水时均匀缓慢喷入，加水量为10wt％，随后用160-180目，115-160目和80-115目碳粉黏土粉料进行逐层包裹成球，制备成多层功能性蓄水陶粒坯体，将制好的陶粒坯体避光室温陈化24h，从室温20℃起，以10℃/min的升温速率升至1050℃，并在最高温保持30min，后随炉冷却，制得无机多层功能性蓄水陶粒。
实施例2
本实施例所述无机多层功能性蓄水陶粒制备方法，包括以下步骤：
(1)选用页岩作为原料，置于110℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎，全部过200目筛。选用聚丙烯微粒做造孔材料，原料过筛，筛分为80-115目、115-160目、160-180目、180-240目，四种不同粒径范围的页岩原料，将其分别以30％的比例与准备好的页岩均匀混合成200g粉料；
(2)根据步骤(1)，将200g的180-240目制备好的粉料，用圆盘包覆法加水滚动成球，随后用160-180目，115-160目和80-115目粉料进行逐层包裹成球，制备好的陶粒即为多层功能性蓄水陶粒坯体；
(3)运用圆盘包覆法造粒时需注意，控制圆盘角度为55°，转速为50转/min，加水时均匀缓慢喷入，加水量为10wt％；
(4)将制好的陶粒坯体避光室温陈化24h；
(5)从室温20℃起，以10℃/min的升温速率升至1100℃，并在最高温保持30min，后随炉冷却，制得无机多层功能性蓄水陶粒。
实施例3
本实施例所述无机多层功能性蓄水陶粒制备方法，包括以下步骤：
(1)选用粉煤灰作为原料，置于110℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎，全部过200目筛。选用秸秆粉做造孔材料，秸秆粉过筛，筛分为80-115目、115-160目、160-180目、180-240目，四种不同粒径范围的秸秆原料，将其分别以50％的比例与准备好的页岩均匀混合成200g粉料；
(2)根据步骤(1)，将200g的180-240目制备好的粉料，用圆盘包覆法加水滚动成球，随后用160-180目，115-160目和80-115目粉料进行逐层包裹成球，制备好的陶粒即为多层功能性蓄水陶粒坯体；
(3)运用圆盘包覆法造粒时需注意，控制圆盘角度为55°，转速为50转/min，加水时均匀缓慢喷入，加水量为12wt％；
(4)将制好的陶粒坯体避光室温陈化24h；
(5)从室温20℃起，以10℃/min的升温速率升至1100℃，并在最高温保持30min，后随炉冷却，制得无机多层功能性蓄水陶粒。
对比例1
本对比例的一种无机多层功能性保水陶粒制备方法，包括以下步骤：
(1)选用黏土作为原料，置于110℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎，全部过200目筛，并称取200g黏土原料；
(2)根据步骤(1)，将(1)中黏土用圆盘包覆法加水造粒，制得的陶粒坯体作为对比例坯体1；
(3)运用圆盘包覆法造粒时需注意，控制圆盘角度为55°，转速为50转/min，加水时均匀缓慢喷入，加水量为10wt％；
(4)将制好的陶粒坯体避光室温陈化24h；
(5)从室温20℃起，以10℃/min的升温速率升至1050℃，并在最高温保持30min，随炉冷却到室温，制得纯黏土陶粒。
对比例2
本对比例的一种无机多层功能性保水陶粒制备方法，包括以下步骤：
(1)选用黏土作为原料，置于110℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎，全部过筛，选取筛分为180-240目的碳粉原料，将其以30％的比例与准备好的黏土均匀混合成200g粉料；
(2)根据步骤(1)，将(1)中黏土用圆盘包覆法加水包覆，制得的陶粒坯体作为对比例坯体2；
(3)运用圆盘包覆法造粒时需注意，控制圆盘角度为55°，转速为50转/min，加水时均匀缓慢喷入,加水量为10wt％；
(4)将制好的陶粒坯体避光室温陈化24h；
(5)从室温20℃起，以10℃/min的升温速率升至1050℃，并在最高温保持30min，然后随炉冷却，制得无结构蓄水陶粒。
对比例3
本对比例的一种无机多层功能性保水陶粒制备方法，包括以下步骤：
(1)选用黏土作为原料，置于110℃干燥箱中干燥然后球磨粉碎，全部过200目筛。选取筛分为115-160目的碳粉原料，将其以30％的比例与准备好的黏土均匀混合成200g粉料；
(2)根据步骤(1)，将(1)中黏土用圆盘包覆法加水包覆，制得的陶粒坯体作为对比例坯体3；
(3)运用圆盘包覆法造粒时需注意，控制圆盘角度为55°，转速为50转/min，加水时均匀缓慢喷入,加水量为10wt％；
(4)将制好的陶粒坯体避光室温陈化24h；
(5)从室温20℃起，以10℃/min的升温速率升至1050℃，并在最高温保持30min，然后随炉冷却，制得无结构单层蓄水陶粒。
对实施例1-3及对比例1-3制备的蓄水陶粒进行性能测试，测试结果见表1。
表1无机多层功能性蓄水陶粒性能测试结果
Figure BDA0002385345770000101
由表1可以看出，本发明制得的无机多层功能性蓄水陶粒的吸水能力及蓄水能力优于普通方法制备的陶粒，加上其可循环利用、使用寿命长、清洁环保、筒压强度较高、堆积密度较低等优点，可广泛应用于水土保持领域。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无机多层功能性蓄水陶粒，其特征在于，所述蓄水陶粒为多层核壳结构，所述蓄水陶粒内部含有孔状结构，所述孔状结构的孔径从核的内部向外逐渐增大；
在多层结构陶粒的制备过程中，每层原料中添加不同粒径的造孔剂，在烧结制备时，制备内部孔隙小，外部孔隙大的多层陶粒；
所述造孔剂为在高温下可移除材料。
2.一种权利要求1所述的无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法，其特征在于，在多层结构陶粒的制备过程中，每层原料中添加不同粒径的造孔剂，在烧结制备时，制备内部孔隙小，外部孔隙大的多层陶粒。
3.根据权利要求2所述的无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选择在高温下可移除材料作为造孔剂，通过筛分得到不同颗粒尺寸的造孔剂；
(2)选用无机材料作为蓄水陶粒的主要材料；
(3)在制备原料时，将准备好的无机材料及筛分后的可移除材料均匀混合，根据可移除材料的粒径不同，分成不同层原料；
(4)按照内部可移除材料粒径小，外部可移除材料粒径大的原则，运用圆盘包覆法将不同层原料逐层包裹成型，制成陶粒坯体；
(5)将陶粒坯体陈化24h；
(6)将陈化好的陶粒坯体进行烧结，最终烧制成无机多层功能性蓄水陶粒。
4.根据权利要求3所述的无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法，其特征在于，所述高温下可移除材料包括无机可燃物，有机可燃物，有机固废或可升华物质。
5.根据权利要求4所述的无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法，其特征在于，所述无机可燃物包括碳，所述有机可燃物包括聚丙烯、聚乙烯醇或者可溶性淀粉，所述有机固废包括秸秆、稻壳或者锯末，所述可升华物质包括萘、碘或者石蜡。
6.根据权利要求3所述的无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法，其特征在于，所述无机材料为可以用于陶粒生产的原料。
7.根据权利要求6所述的无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法，其特征在于，所述可以用于陶粒生产的原料包括黏土、高岭土、页岩、膨润土、绢云母、滑石、粉煤灰、石灰石粉、煤矸石粉、矿粉、钢渣、或者铅锌渣。
8.根据权利要求3所述的无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法，其特征在于，将造孔剂筛分为80-115目、115-160目、160-180目、180-240目四个粒径范围。
9.根据权利要求3所述的无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法，其特征在于，运用圆盘包覆法造粒时，控制圆盘角度为55°，转速为50转/min，加水时均匀缓慢喷入，加水量为10wt％。
10.根据权利要求3所述的无机多层功能性蓄水陶粒的制备方法，其特征在于，控制烧结温度为950-1300℃，升温速率10℃/min，并在最高温度保持30min。
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