CN111362582B - 真空发泡低温泡沫玻璃材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空发泡低温泡沫玻璃材料及其制备方法和应用。所述材料以碱金属硅酸盐水溶液和玻璃基体改性剂为原料，通过湿化学方法在真空低温条件下制备而成；所述碱金属硅酸盐水溶液的化学式为R2O·mSiO2·H2O；其中，模数m范围为2.4‑2.8，R为Li、Na、K中的一种或几种；所述玻璃基体改性剂为含硼原料和含铝原料，含硼原料为硼酸；含铝原料为膨润土、蒙脱石的一种或几种。所述材料可应用于多个领域，包括墙体保温及光催化领域。本发明节约了能耗、降低了成本，提升了材料稳定性，具有相对可控的开闭气孔率，是与工业应用，同时全过程在湿化学条件下进行，粉尘污染较少，生态环保。
Description
技术领域
本发明属于泡沫玻璃材料及其制备领域，特别涉及一种真空发泡低温泡沫玻璃材料及其制备方法和应用。
背景技术
泡沫玻璃是一种质轻、导热系数低的无机保温材料，主要机理为玻璃熔体在高温下包裹发泡剂分解产生的气泡形成多孔体系。传统制备方法为粉末烧结法，以废弃玻璃等为主要原料，外掺一定量的发泡剂及助熔剂、稳泡剂、表面活性剂等添加剂，经成型得粉末坯体，按照一定的热制度发泡得相应制品。如 CN107200474A（一种泡沫保温材料及其制备方法）、 CN101132999（制备泡沫玻璃颗粒的方法）、CN103570246A（一种泡沫玻璃的制备方法）等即采用此类传统制备方法以废弃玻璃等为主要原料进行泡沫玻璃的制备。然而这种方法烧成温度较高，一般达到900℃以上，在生产过程中能耗巨大，材料成本较高；同时所得泡沫玻璃闭气孔率过高，使用过程中，在潮湿天气板材表面易产生水珠而影响使用，呼吸性能较差。
另一方面，以水玻璃为基材，在适当温度下发泡，可得具有一定闭气孔率的多孔材料，但存在二元体系稳定性差，孔结构泡径不一、分布不均匀等缺点。其中CN102795781A（一种低温泡沫玻璃保温材料及其制备方法）、CN102807326A（一种聚合物改性的低温泡沫玻璃保温材料）、CN104310940A（一种人造珍珠岩与膨化制品）、CN109399942A（一种泡沫玻璃陶瓷复合建筑保温隔热材料及其制备方法）等先后在水玻璃中引入B2O3、聚合物乳液、Al2O3，B、Al原子嵌入水玻璃体系中形成多元网络结构，含硼改性剂、粉煤灰等晶体矿物及玻璃纤维以求改善发泡及材料耐久性，但在应用过程中仍存在膨化倍率较低、材料耐久性较差等问题。以上几种方案中，部分采用低温发泡导致材料中残留羟基含量较高导致耐水等性能欠佳，部分采取了高温去羟基处理但导致膨化倍率过低容重过大不利于实际生产应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供真空发泡低温泡沫玻璃材料及其制备方法和应用。本发明所提供的一种低温泡沫玻璃材料，该材料烧成温度较低，理化稳定性优良，机械性能良好，具备良好的呼吸调湿性能，发泡均匀性较好，达A级不燃标准，防火性能优秀，可作为建筑保温材料使用。同时，通过热处理工艺参数的改变可获得不同孔隙率的理化性能良好的多孔材料，使得该材料具备了作为催化剂负载材料的可能。
一种真空发泡低温泡沫玻璃材料，所述材料以碱金属硅酸盐水溶液和玻璃基体改性剂为原料，通过湿化学方法在真空低温条件下制备而成；所述碱金属硅酸盐水溶液的化学式为R2O·mSiO2·H2O；其中，模数m范围为2.4-2.8，R为Li、Na、K中的一种或几种；所述玻璃基体改性剂为含硼原料和含铝原料，含硼原料为硼酸；含铝原料为膨润土、蒙脱石的一种或几种。
一种所述的泡沫玻璃材料的制备方法，
（1）采用湿化学方法将碱金属硅酸盐水溶液和玻璃基体改性剂原料混合得到浆料，将浆料进行机械剪切处理得到不凝胶的溶胶体系；
（2）将溶胶体系置入烘箱干燥后得到中间料，含水率为5～25％,对所得中间料进行碎粒处理后过筛，进一步得到粒径范围为0.6-2mm的颗粒状中间料；
（3）将颗粒状中间料在真空低温条件下进行热处理发泡，即得所述的泡沫玻璃材料。
所述的制备方法，步骤（1）中，机械剪切处理中，剪切速率不低于15000s-1，转子转速不低于 1000r/min。
所述的制备方法，步骤（2）中，干燥温度80-110℃，干燥时间为24-72h。
所述的制备方法，步骤（3）中，真空低温下进行热处理时，热处理全程或部分阶段通过采用真空泵抽真空方式引入真空环境，使炉内负压0.01MPa-0.1MPa，热处理温度为200-500℃。
所述的制备方法，步骤（3）中，热处理采用5℃/min-20℃/min的升温速率，保温0-2h，在自由状态下得到泡沫玻璃颗粒料。
所述的泡沫玻璃材料可应用于多个领域，包括墙体保温及光催化。
制得的材料中理化性质良好闭气孔率高于60% 的材料可作为墙体保温材料进行使用，而理化性质良好开气孔率高于40% 的材料则可作为光催化中的催化剂负载材料使用。
本发明所提出的该种泡沫玻璃材料，玻璃基体内发泡形成独立闭孔，在采用适当抽真空负压处理后，材料内部残留羟基含量进一步下降，同时也使得所制备材料在保证闭孔率的前提下也含有一定的开孔，从而有效改善材料的耐久性和呼吸调湿性能，部分开孔率较高的材料更可用作催化剂负载材料。
通常在常压条件下，当温度高于120℃时，水合玻璃会膨化发泡，膨化发泡产物具有大量封闭孔结构。其发泡动力为分散于固体内的水在受热条件下所产生的蒸汽压。在此发泡过程中，常压的环境常使得水分汽化所需温度和蒸汽压较高，水分溢出需要的能量较大，造成材料最终发泡倍率小容重不理想且残留羟基较多耐久性欠佳。若将材料在高温下热处理，高温下材料产生的缩壳效应又无法避免。
而通过对材料在适当的热处理阶段进行负压使其在一定真空环境下发泡，一方面负压条件使得水分溢出所需温度降低所需蒸汽压减小同时溢出速度加快，进一步降低体系中的羟基含量，在保持良好发泡状态的基础上明显提升材料的耐久性和膨化倍率，降低容重；另一方面，负压的瞬间可令材料内部部分闭气孔在压力的作用下打开成为开气孔。通过改变进行负压的时段及负压时间等，可使材料最终获得不同的孔隙率从而扩大材料的应用领域。该制备方法工艺简单、操作方便，可满足工业流水线生产要求。
本发明的关键在于：
（1）在引入改性剂构建稳定的多元水合玻璃基体基础上，采用特殊的抽真空热处理工艺引入真空环境在保证材料发泡特性及物理性质的基础上进一步降低体系的羟基含量，去除影响材料耐久性的亲水基团，从而提升材料的稳定性及机械性能。
(2)控制调节泡沫玻璃材料开闭气孔率的可能性。通过调节真空环境引入时段，可获得开闭孔比例不同的材料，从而使所制得材料有了更广泛的应用空间。除了闭孔率高的材料作为建筑墙体保温材料的常见用途外，开气孔率高理化性质良好的材料具有较大的比表面积，且制备时添加的玻璃基体改性剂如蒙脱石更具有良好的吸附作用，为其作为光催化物质负载材料应用提供了可能性。
本发明的有益效果：
(1)本发明的泡沫玻璃复合材料烧成温度较低，远远低于常规泡沫玻璃烧成温度，节约了能耗、降低了成本；同时引入真空环境热处理工艺在保证材料良好发泡状态的基础上进一步降低体系内羟基含量，提升了材料稳定性，从而达到真正可实际生产应用的水平。
(2)本发明的泡沫玻璃复合材料所采用的特殊抽真空热处理工艺，在保证优良的理化性质基础上使得材料具有了相对可控的开闭气孔率，从而使材料具有了更广阔的应用前景。
(3)本发明的工艺流程简单，真空处理、湿化学法及自由发泡等工艺操作简单，适于工业生产推广。同时全过程在湿化学条件下进行，粉尘污染较少，生态环保。
附图说明
图1是真空组与常压组不同温度保温所得样品容重对比图；
图2是真空组与常压组不同温度保温所得样品膨化倍率对比图；
图3是真空组与常压组不同温度保温所得样品失重率对比图；
图4是不同相对真空度全程真空热处理所得样品失重率对比图；
图5是不同温度点进行放抽气与全程真空处理所得样品开气孔率对比图；
图6是不同温度段负压所得样品开气孔率对比图；
图7是不同配方不同保温温度所得样品容重；
图8是不同配方不同保温温度所得样品膨化倍率；
图9是不同配方不同保温温度所得样品失重率；
图10是配方1-1、1-2、2-1、2-2不同温度保温所得样品容重；
图11是配方1-1、1-2、2-1、2-2不同温度保温所得样品膨化倍率；
图12是配方1-1、1-2、2-1、2-2不同温度保温所得样品失重率；
图13是配方1、配方2不同热处理升温速率所得样品容重；
图14是配方1、配方2不同热处理升温速率所得样品膨化倍率；
图15是配方1、配方2不同热处理升温速率所得样品失重率；
图16是配方1、配方2不同保温时间所得样品容重；
图17是配方1、配方2不同保温时间所得样品膨化倍率；
图18是配方1、配方2不同保温时间所得样品失重率。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的实施范围。
实施例1
以模数为2.4、固含量为48.95％的液态硅酸钠水玻璃、硼酸及钙基膨润土为原料进行试验。所用的钙基膨润土，化学组成及含量如表1-1所示；所用的钠水玻璃，其各项参数如表1-2所示。
表1-1钙基膨润土的化学组成及含量
| 化学成分 | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | FeO | TiO | CaO | MgO | MnO | K<sub>2</sub>O | Na<sub>2</sub>O |
| 含量（wt%) | 65.04 | 16.08 | 1.12 | 0.20 | 0.27 | 5.01 | 2.13 | 0.29 | 1.00 | 0.27 |
表1-2钠水玻璃的参数
表1-3 实验配方
将原料高速剪切30min并分散混合均匀，在不凝胶的前提下得到混合溶胶。将混合溶胶放入110℃烘箱约24h，得到一定含水率的中间料。将中间料碎粒后过筛，使颗粒料粒径处于1.7-0.83mm之间。将不同配方的颗粒料倒入陶瓷坩埚中，移入管式炉内，后分别于抽真空后炉内相对气压为-0.1Mpa及于常压条件下；升温至不同温度保温，得到样品。分别测量后得到如图1-图3所示对比数据。
根据图1-图3可直观的看出，在其他工艺条件相同的情况下，通过抽真空工艺引入负压环境对材料的容重膨化倍率等性质产生了显著影响：常压条件下制备的样品普遍容重较大膨化倍率较小，尤以220℃处差别明显，即常压组容重基本为真空组的2倍，膨化倍率为真空组的1/2，可知引入真空条件极大的改善了样品的发泡情况，使其在低温下也可以获得较轻的容重和较大的膨化倍率。
同时引入真空环境对材料的耐久性也有显著的改善和提高，如真空组在350℃保温所得样品失重率接近于0，而其对应的常压组样品实验测得失重率则接近于1，说明真空环境的引入对于材料在低温热处理下羟基的去除具有显著作用，提高了材料的耐久性，从而使材料真正达到可实际生产应用的标准。
本发明所述实施例的容重、膨化倍率、吸水率及失重率皆采用相同测量方式如下：
其中容重测量方式为：
1.用10ml量筒测量待测样品的体积V(尽量振动压实，直至容积不再变化)；
2.用电子秤称量待测样品的质量M。容重ρ的计算公式为：
式中：ρ为材料的容重；V为待测样品体积，单位为立方米（m3）；M为待测样品质量，单位为克（g）；测3次取算数平均值作为实验结果。
膨化倍率采用以下方式测量：
1.用10ml量筒取适量待测试样进行测量，记做V1(尽量振动压实，直至容积不再变化)；
2.将热处理结束冷却后的样品再用10ml量筒量取其容积，记做V2(在不破坏颗粒的情况下，尽量振动密实)，膨化倍率K的计算公式为：
式中：K为材料的膨化倍数；V1为未热处理样品体积，单位为毫升（mL）；V2为热处理后样品体积，单位为毫升（mL）；测3次取算数平均值作为实验结果。
开气孔率是表征材料孔隙结构的重要指标。采用以下方式测量：
1.取一定质量为M0体积为V0的样品，浸入盛水的容器中，若有颗粒料漂浮在水上，则应将其压入水中；
2.将容器放入管式炉后对炉管进行抽真空，保持一定抽气速率使得管内负压0.1MPa，保持5min，再打开阀门以一定速率慢慢放气直至管内气压与回复至正常大气压。
3.取出样品倒在拧干的湿毛巾上形，让材料在毛巾上来回滚动8-10次后，对此时的样品进行称量得质量M。开气孔率X计算公式如下：
式中：X为材料的开气孔率；M为浸水试样质量，单位为克（g）；M0为初始试样质量，单位为克（g）；V0为初始试样体积，单位为毫升（cm3）；测3次取算数平均值作为实验结果。
失重率是表征材料耐久性的重要指标。采用以下方式测量：
1.取适量热处理后样品G0，将其浸没在70℃的温水中保温2h，确保过程中无悬浮颗粒；
2.取出置于温水中2h后仍旧具备原形状和一定硬度未产生破损的样品，移入70℃的烘箱中干燥至恒重G。失重率的表达式如下：
式中：w即为材料的失重率；G0为材料的原始重量，单位为克(g)； G为经过2h热水煮沸后符合标准的样品干燥后的质量，单位为克(g)；测3次取算术平均值作为实验结果。
导热系数是表征材料保温隔热性能的重要指标。采用以下方法测量：
选用西安夏溪电子科技公司生产的TC-3000型导热系数分析仪来测定样品的导热系数。测试时，取一定直径的颗粒料样品从中间切开，将热丝探头夹在切开的样品中间，当温度场处于热平衡时，阶跃恒热热流会对线热源进行加热，线热源及其周围的被测介质就会产生温升，根据线热源的温升就能得到被测介质的导热系数。测3次取算术平均数作为实验结果。
实施例2
图4为以实施例1中的配方原料在全程真空但不同相对真空度的环境下，不同温度保温所得样品的测量数据对比图。
根据图4可看出，改变真空环境的相对真空度对材料的耐久性产生了较显著影响。在其他热处理条件相同的情况下，负压越大，制得材料残余羟基含量越低，如350℃保温所得三个样品，负压0.1MPa制得的样品失重率接近于0，负压0.01MPa制得的样品则失重率接近于1。
实施例3
材料的开气孔率是表征材料孔隙结构的重要指标，本发明主要通过改变真空环境的引入阶段进行孔隙结构的调控。
采用实施例1中的配方原料，将原料高速剪切30min并分散混合均匀，在不凝胶的前提下得到混合溶胶。将混合溶胶放入110℃烘箱约24h，得到一定含水率的中间料。
（1）将中间颗粒料移入管式炉内后炉内负压0.1Mpa升温，至100℃、200℃、300℃、350℃时迅速打开阀门使空气进入管式炉等待15s后再迅速抽真空至管内负压0.1Mpa,后继续升温至350℃后立即随炉降温，得到不同样品，测量数据如图5所示。
（2）将中间颗粒料移入管式炉后常压升温，至100℃、200℃、300℃时抽真空至管内负压0.1Mpa后，继续升温至350℃后立即随炉降温得不同样品，测量数据如图6所示。
根据图5、图6可知，通过改变真空环境的引入阶段，可对制得材料的开气孔率进行调控。采用（1）工艺，全程真空开气孔率最低，在350℃作用时依靠负压瞬间材料部分闭气孔破裂变开气孔且立即随炉降温，使材料获得最大开气孔率，约是全程真空制得样品开气孔率的2倍；采用（2）工艺，全程真空和全程常压制得的样品开气孔率则约为300℃起负压制得的样品开气孔率的1/2。
通过进行炉内压强的转变，样品部分闭气孔会转变为开气孔，在达到一定温度后材料内可作为发泡剂的水分耗尽，部分开气孔又会重新烧结成为闭气孔。故选择合适的负压环境引入阶段，可调控获得不同孔隙结构的材料应用于不同领域。
上述工艺制备出的容重轻、耐久性好且闭气孔率高于60% 的材料可做成保温隔热板材应用于建筑外墙保温，而耐久性好开气孔率高于40% 比表面积大的材料则可用作光催化剂负载材料，大面积的开气孔壁及材料外壁可作为二氧化钛等光催化剂的活性作用位点，将有机染料等目标降解物吸附于活性位点在光照条件下进行降解，达到在降解污染物同时避免纳米级光催化剂悬浮于液体中成为二次污染源的目的。
实施例4
以模数为2.8、固含量为48.95％的液态硅酸钠水玻璃，硼酸，钙基膨润土、蒙脱石为原料进行试验。
表4-1 配方1、2、3、4中具体原料配比及主要组分质量分数
将各个配方的原料在3000r/min转速下高速剪切30min并分散混合均匀，在不凝胶的前提下得到不同粘度的混合溶胶。将混合溶胶放入110℃烘箱约24h，得到一定含水率的中间料。将中间料碎粒后过筛，使颗粒料粒径处于1.7-0.83mm之间。将不同配方的颗粒料倒入陶瓷坩埚中，移入管式炉内，封闭后即进行抽真空处理使炉内相对气压为-0.1Mpa；按照10℃/min的升温速率从室温加热至220℃、250℃、280℃、310℃、350℃、380℃、410℃并保温0.5h，得不同羟基含量和气孔率的泡沫玻璃制品并进行相关性能测试。
表4-2 220℃保温所得样品性能
表4-3 250℃保温所得样品性能：
表4-4 280℃保温所得样品性能
表4-5 310℃保温所得样品性能
表4-6 350℃保温所得样品性能
表4-7 380℃保温所得样品性能
表4-8 410℃保温所得样品性能：
从表4-2至表4-8和图7-图9可知，硼酸和含铝原料加入后形成了较稳定的Na2O-B2O3-SiO2 玻璃网络，同时真空的发泡环境使得材料膨化倍率增大容重降低耐水性增强。四个配方的材料，经过不同温度保温的真空发泡过程，基本性质呈现以下规律：容重先减小后增大，开气孔率则大致呈现先增大后减小，转折点基本处于300-400℃之间。材料耐水性随着温度和蒙水比（蒙脱石与水玻璃的质量比）的提高而逐渐提高。四个配方相比，添加钙基膨润土的配方膨化倍率更大容重相对更小，添加蒙脱石的配方中配方1相比配方2、3在保证较低容重的同时拥有相对较大的开气孔率，同时也表现出了更优的耐水性。
实施例5
以模数为2.5、固含量为48.95％的液态硅酸钠水玻璃，硼酸，蒙脱石细粉为原料进行试验。
表5-1 配方1、2中具体原料配比及主要组分质量分数
将各个配方的原料在3000r/min转速下高速剪切30min并分散混合均匀，在不凝胶的前提下得到不同粘度的混合溶胶。将混合溶胶放入110℃烘箱约24h，得到一定含水率的中间料。将中间料碎粒后过筛，使颗粒料粒径处于0.83-1.7mm和0.55-0.83mm之间，分别记作配方1-1、1-2、2-1、2-2。将不同配方不同粒径的颗粒料倒入陶瓷坩埚中，移入管式炉内，封闭后进行抽真空处理使炉内相对气压为-0.1Mpa；按照10℃/min的升温速率从室温加热至310℃、350℃、380℃并保温0.5h，得不同羟基含量和开气孔率的泡沫玻璃制品。将根据配方1，2得到的泡沫玻璃陶瓷进行相关性能测试，结果如下表所示：
表5-2 310℃保温得泡沫玻璃性能
表5-3 350℃保温得泡沫玻璃性能
根据表5-2至5-3结果及图10-图12可知，相同热动力条件下一定量硼酸的加入大大提升了材料的耐水性。同时，相比小粒径颗粒料，较大粒径的颗粒料具有更好的发泡情况，即膨化倍率更大容重更低，同时开气孔率也更大，具有更丰富的孔结构和比表面积。
实施例6
以模数为2.4、固含量为48.95％的液态硅酸钠水玻璃，硼酸，蒙脱石细粉为原料进行试验。采用实施例5中的配方1和2。
将原料在3000r/min转速下高速剪切30min并分散混合均匀，在不凝胶的前提下得到不同粘度的混合溶胶。将混合溶胶放入110℃烘箱约24h，得到一定含水率的中间料。将中间料碎粒后过筛，使颗粒料粒径处于0.83-1.7mm之间。将颗粒料倒入陶瓷坩埚中，移入管式炉内，封闭后进行抽真空处理使炉内相对外界气压为-0.1Mpa；按照 5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min的升温速率从室温加热至350℃并保温0.5h，得不同羟基含量和开气孔率的泡沫玻璃制品。将根据配方得到的泡沫玻璃陶瓷进行相关性能测试。
表6-1 配方1所得样品性能
表6-2 配方2所得样品性能
根据表6-1至6-2结果和图13-图15可知，在上述升温速率范围内，升温速率越快，获得的材料膨化倍率越大容重越小且耐水性更好，这是由于大的升温速率会使作为发泡剂的水蒸汽压变化速率更快从而更迅速更充分的汽化溢出，材料内部气孔率更大。同时，在升温速率为15℃/min时材料获得了较大的开气孔率。
实施例7
以模数为2.4、固含量为48.95％的液态硅酸钠水玻璃，硼酸，蒙脱石细粉为原料进行试验。采用实施例5中的1、2配方。
将原料在3000r/min转速下高速剪切30min并分散混合均匀，在不凝胶的前提下得到不同粘度的混合溶胶。将混合溶胶放入110℃烘箱约24h，得到一定含水率的中间料。将中间料碎粒后过筛，使颗粒料粒径处于0.83-1.7mm之间。将颗粒料倒入陶瓷坩埚中，移入管式炉内，封闭后进行抽真空处理使炉内相对外界气压为-0.1Mpa；按照15℃/min的升温速率从室温加热至350℃分别保温0min、15min、30min、45min、1h、1.5h、2h，得不同羟基含量和开气孔率的泡沫玻璃制品。将根据配方得到的泡沫玻璃材料进行相关性能测试。
表7-1 配方1所得样品性能
表7-2 配方2所得样品性能
由表7-1至7-2结果和图16-图18可知，在上述0-2h的保温时长范围内，材料的膨化倍率随着保温时间的增长呈现一个先减小后增大又减小的趋势，容重也相应呈现先增大后减小又增大的规律。这是由于在保温时间段内，同时存在材料残留的结合水继续作为发泡剂在恒温下缓慢发泡的过程和高温下材料的缩壳过程，这两个过程都对膨化倍率有影响且作用随保温时间的变化相悖。根据实验结果知，保温时间45min时所获得的材料容重膨化倍率最佳，同时开气孔率也较小，适宜作为外墙保温材料。而注意到保温30min时材料料开气孔较多，可考虑用此材料作为后续催化剂负载材料的可能性。
实施例8
实施例7中配方1保温30min所得的样品在较好的发泡情况和耐久性的基础上，具有相对较大的开气孔率和比表面积。故本实施例拟采用该样品作为光催化剂TiO2的负载材料，进行本发明的低温泡沫玻璃在光催化领域的应用探索。
将一定质量的泡沫玻璃材料放入盛有浓度为120g/L的Ti(SO4)2溶液的陶瓷坩埚中使其完全浸没，随后将坩埚移入管式炉进行抽真空处理使得管内相对气压至-0.1MPa，保持5min，然后放气将坩埚从管内取出。移出被浸没的泡沫玻璃样品，在室温下干燥24h。再准备足量的4mol/L的氨水盛入坩埚中，将基本干燥的样品浸入氨水中完全浸没，将坩埚移入管式炉进行抽真空处理使得管内相对气压至-0.1MPa，保持5min，然后放气将坩埚从管内取出。移出被浸没的泡沫玻璃样品，在室温下干燥24h至内部无残留水分。将充分干燥后的样品放入马弗炉中，以10℃/min的升温速度升温至350-450℃并保温3h然后随炉降温。得到外壁和开气孔壁上附着有TiO2纳米颗粒的泡沫玻璃复合材料。
将该材料5g浸入浓度为10mg/L的甲基橙染料溶液中，先后进行避光暗反应0.5h和光反应2h，对溶液随时间变化的吸光度变化进行监测。溶液的吸光度在经过光反应约1-1.5h时间内可下降60-70%，测试液基本变澄清。
Claims (8)
1.一种真空发泡低温泡沫玻璃材料，其特征在于：所述材料以碱金属硅酸盐水溶液和玻璃基体改性剂为原料，通过湿化学方法在真空低温条件下制备而成，热处理全程或部分阶段通过采用真空泵抽真空方式引入真空环境，使炉内负压0.01MPa-0.1MPa，热处理温度为200-500℃；
所述碱金属硅酸盐水溶液的化学式为R2O·mSiO2·H2O；其中，模数m范围为2.4-2.8，R为Li、Na、K中的一种或几种；所述玻璃基体改性剂为含硼原料和含铝原料，含硼原料为硼酸；含铝原料为膨润土、蒙脱石的一种或几种。
2.一种根据权利要求1所述的泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于：
（1）采用湿化学方法将碱金属硅酸盐水溶液和玻璃基体改性剂原料混合得到浆料，将浆料进行机械剪切处理得到不凝胶的溶胶体系；
（2）将溶胶体系置入烘箱干燥后得到中间料，含水率为5～25％,对所得中间料进行碎粒处理后过筛，进一步得到粒径范围为0.6-2mm的颗粒状中间料；
（3）将颗粒状中间料在真空低温条件下进行热处理发泡，即得所述的泡沫玻璃材料，所述的热处理全程或部分阶段通过采用真空泵抽真空方式引入真空环境，使炉内负压0.01MPa-0.1MPa，热处理温度为200-500℃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，机械剪切处理中，剪切速率不低于15000s-1，转子转速不低于 1000r/min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，干燥温度80-110℃，干燥时间为24-72h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，热处理采用5℃/min-20℃/min的升温速率，保温0-2h，在自由状态下得到泡沫玻璃颗粒料。
6.根据权利要求1所述的泡沫玻璃材料的应用，其特征在于：应用于多个领域，包括墙体保温及光催化领域。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：闭气孔率高于60% 的材料作为墙体保温材料使用。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：开气孔率高于40% 的材料作为光催化中的催化剂负载材料使用。
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