CN115159957B - 用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物、煤基固废物多孔陶瓷及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多孔陶瓷技术领域，具体涉及一种用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物、一种煤基固废物多孔陶瓷及其制备方法和应用。本发明采用特定组分含量的煤基固废物组合物(粉煤灰和煤基固废物配料)以及特定含量的辅料(结合剂组合物、有机成型剂和增塑剂)，并协同煤基固废物组合物的D50、结合剂组合物的D50、以及煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比，使得制备得到的煤基固废物多孔陶瓷保留了粉煤灰的形貌，使得煤基固废物多孔陶瓷具备较优的性能(较高的气孔率、较高的抗弯强度和较高的抗热震性)下，并实现多孔陶瓷的平均孔径可调。

Description

用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物、煤基固废物多孔陶 瓷及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及多孔陶瓷技术领域，具体涉及一种用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物、一种煤基固废物多孔陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术
粉煤灰是一种储量丰富、廉价易得的工业废物，主要成分为SiO2和Al2O3，二者含量达到70％以上，与传统陶瓷的原料中粘土成分相近。利用这种工业废物不仅能够减少环境污染，还可以开发生产低成本高附加值的多孔陶瓷。
CN106747319A公开一种利用镁渣、粉煤灰制备的多孔陶瓷及其制备方法，属于陶瓷材料领域。该方法将镁渣、粉煤灰和石英砂以1：0.125-1.25：0.125-0.25的重量比混合，粉碎，再将混合均匀的粉体放置于模具之中模压成型，之后进行烧结，制备多孔陶瓷。但该方法工艺复杂，且粉碎后的粉体很难保证高的气孔率，除此之外，粉煤灰的利用率较低。
CN107115768A公开了一种以粉煤灰为主要原料的烟气脱水陶瓷膜及其制备方法，该方法包括：支撑体的制备：(1)配料：主料为粉煤灰，比例在68％以上；辅料为糊精、高粘羧甲基纤维素、甘油和高岭土，比例小于32％；(2)粉料：采用立式球磨机进行干磨4h，保证配料的均匀混合以及骨料中颗粒尺寸100目以下；(3)混料：水料比在0.25-0.28；(4)真空练泥：将混料进行4-5次真空练泥，然后密封陈腐12h，使水分混合均匀；再次真空练泥2-3次，保证坯料有一定的强度和塑形；(5)成型。但该方法中，不仅需要加入高岭土，也需要对配料进行研磨，除此之外，在加入粉煤灰的条件下，再额外加入高岭土，粉煤灰的利用率依然有限。
因此，现有技术采用粉煤灰为主要原料制备多孔陶瓷的过程中，存在粉煤灰的利用率低、工艺复杂，制得的多孔陶瓷性能差的问题，比如，平均孔径难以调控、气孔率低、抗弯度低、抗热震性差等问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术采用粉煤灰为主要原料制备多孔陶瓷的过程中，存在粉煤灰利用率低、工艺复杂，且制得的多孔陶瓷性能差(平均孔径难以调控、气孔率低、抗弯度低、抗热震性差)等问题，提供一种用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物和一种煤基固废物多孔陶瓷及其制备方法和应用，采用该组合物制备得到的煤基固废物多孔陶瓷具有可调控的平均孔径，以及较高的气孔率、抗弯强度和抗热震性。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物，该组合物包括：煤基固废物组合物、结合剂组合物、有机成型剂和增塑剂，所述煤基固废物组合物含有粉煤灰与煤基固废物配料，所述煤基固废物配料选自煤矸石粉、气化渣和炉底渣中的至少一种；
其中，以所述组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为60-80wt％，所述结合剂组合物的含量为16-30wt％，所述有机成型剂的含量为3-7wt％，所述增塑剂的含量为1-3wt％；
其中，所述煤基固废物组合物的D50为3-35μm，所述结合剂组合物的D50为1-20μm，所述煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为2-5：1。
优选地，以所述组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为66.5-75.5wt％，所述结合剂组合物的含量为20-25wt％，所述有机成型剂的含量为3.5-6wt％，所述增塑剂的含量为1-2.5wt％。
优选地，所述组合物由煤基固废物组合物、结合剂组合物、有机成型剂和增塑剂组成。
本发明第二方面提供一种煤基固废物多孔陶瓷的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将第一方面提供的用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物与水进行混合，然后成型；
(2)将所述成型而得的坯体进行干燥、烧结，得到煤基固废物多孔陶瓷。
本发明第三方面提供一种第二方面提供的方法制得的煤基固废物多孔陶瓷。
优选地，优选地，所述煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径为0.5-5μm，优选为0.8-2.5μm；气孔率≥40％，优选为40-70％；抗弯强度≥20MPa，优选为30-100MPa；抗热震性≥300℃，优选为400-800℃。
本发明第四方面提供一种第三方面提供的煤基固废物多孔陶瓷在烟气除尘、催化剂载体、污水处理、吸声和水处理中的应用。
通过上述技术方案，采用特定组分含量的煤基固废物组合物(粉煤灰和煤基固废物配料)以及特定含量的辅料(结合剂组合物、有机成型剂和增塑剂)，并协同煤基固废物组合物的D50、结合剂组合物的D50、以及煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比，使得制备得到的煤基固废物多孔陶瓷保留了粉煤灰的形貌，使得煤基固废物多孔陶瓷具备较优的性能(较高的气孔率、较高的抗弯强度和较高的抗热震性)下，并实现多孔陶瓷的平均孔径可调。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是实施例1制备得到的煤基固废物多孔陶瓷A1的表面微观SEM图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，没有明确说明的情况下，“第一”、“第二”和“第三”均不代表先后次序，也不对各个物料或者操作起限定作用，仅是为了区分各个物料或者操作，例如，“第一混合”、“第二混合”和“第三混合”中的“第一”、“第二”和“第三”仅是为了区分表示这不是同一混合。
本发明第一方面提供一种用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物，该组合物包括：煤基固废物组合物、结合剂组合物、有机成型剂和增塑剂；所述煤基固废物组合物含有粉煤灰与煤基固废物配料，所述煤基固废物配料选自煤矸石粉、气化渣和炉底渣中的至少一种；
其中，以所述组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为60-80wt％，所述结合剂组合物的含量为16-30wt％，所述有机成型剂的含量为3-7wt％，所述增塑剂的含量为1-3wt％；
其中，所述煤基固废物组合物的D50为3-35μm，所述结合剂组合物的D50为1-20μm，所述煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为2-5：1。
本发明的发明人研究发现：当采用特定组分含量的煤基固废物组合物(粉煤灰和煤基固废物配料)以及特定含量的辅料(结合剂组合物、有机成型剂和增塑剂)，并协同煤基固废物组合物的D50、结合剂组合物的D50、以及煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比，在制备煤基固废物多孔陶瓷的过程中不仅不需要对煤基固废物组合物以及辅料进行研磨、球磨等破碎工艺，而且也不需要额外加入无机成型剂以及造孔剂，因此，本发明在降低工艺复杂程度以及提高煤基固废物组合物利用率(不需要额外加入无机成型剂)的情况下，使得制备得到的煤基固废物多孔陶瓷保留了粉煤灰的形貌，使得煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径在0.5-5μm范围内可调控，同时使得煤基固废物多孔陶瓷具有较高的气孔率、较高的抗弯强度和较高的抗热震性。
在本发明中，没有特殊情况说明下，所述组合物为固体颗粒。
在本发明中，没有特殊情况说明下，可以按照所述组合物中各组分的含量作为各组分的用量或投料量。
在本发明中，所述煤基固废物组合物的D50和结合剂组合物的D50各自独立地通过激光粒度仪(马尔文-MS-2000)测得。
根据本发明，优选地，以所述组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为66.5-75.5wt％，所述结合剂组合物的含量为20-25wt％，所述有机成型剂的含量为3.5-6wt％，所述增塑剂的含量为1-2.5wt％。采用优选的各组分含量，更有利于提高煤基固废物多孔陶瓷的综合性能。
根据本发明的一种优选实施方式，所述组合物由煤基固废物组合物、结合剂组合物、有机成型剂和增塑剂组成，所述煤基固废物组合物含有粉煤灰与煤基固废物配料，所述煤基固废物配料选自煤矸石粉、气化渣和炉底渣中的至少一种；
其中，以所述组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为60-80wt％，所述结合剂组合物的含量为16-30wt％，所述有机成型剂的含量为3-7wt％，所述增塑剂的含量为1-3wt％；
其中，所述煤基固废物组合物的D50为3-35μm，所述结合剂组合物的D50为1-20μm，所述煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为2-5：1。
在本发明中，通过协同煤基固废物组合物的D50、结合剂组合物的D50和煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比，以及各组分的重量比，能够使得煤基固废物多孔陶瓷具备较优的性能条件下，实现煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径在0.5-5μm范围内调控。
根据本发明的一种优选实施方式，所述煤基固废物组合物的D50为5-10μm，所述结合剂组合物的D50为3-5μm，所述煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为2.5-3：1，实现煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径在0.8-1.2μm范围内调控。
根据本发明的一种优选实施方式，所述煤基固废物组合物的D50为11-20μm，所述结合剂组合物的D50为6-10μm，所述煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为3.1-3.5：1，实现煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径在1.3-2.2μm范围内调控。
根据本发明的一种优选实施方式，所述煤基固废物组合物的D50为21-30μm，所述结合剂组合物的D50为11-15μm，所述煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为3.6-4：1，实现煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径在2.3-5μm范围内调控。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述粉煤灰与煤基固废物配料的重量比为50-80：20-50，优选为60-70：30-40。采用优选的条件，更有利于提高煤基固废物多孔陶瓷的综合性能，特别是材料的抗弯强度，粉煤灰和煤基固废物配料在特定的配方比例下，能够在保证气孔率的条件下，具有较高的抗弯强度。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述煤基固废物组合物的主要成分为Al2O3和SiO2。
根据本发明，优选地，以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为30-60wt％，优选为35-55wt％；SiO2的含量为25-55wt％，优选为30-50wt％。本发明的发明人研究发现，采用Al2O3含量高的煤基固废物组合物，特别是Al2O3的含量在35-55wt％的范围内时，能够使得制备得到的煤基固废物多孔陶瓷的气孔率更进一步地提高。
在本发明中，所述煤基固废物组合物中Al2O3和SiO2的含量各自通过X射线荧光光谱分析方法测得。
在本发明中，所述煤基固废物组合物中除了上述的成分以外，还含有其他不可避免的杂质，例如，K2O、Na2O和P2O5等，在此不做过多论述。
在本发明中，所述结合剂组合物能够调控煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径。优选地，所述结合剂组合物包括：Al2O3、TiO2、CuO和MgO。进一步优选地，所述结合剂组合物由Al2O3、TiO2、CuO和MgO组成。
在本发明的一些实施方式中，优选地，以所述结合剂组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为5-15wt％，优选为8-12wt％；TiO2的含量为10-20wt％，优选为14-18wt％；CuO的含量为5-15wt％，优选为8-12wt％；MgO的含量为50-75wt％，优选为58-70wt％。
在本发明中，对所述有机成型剂的种类和来源选择范围较宽，在本发明中，所述有机成型剂是指粘度在3000-200000mPa·s范围内的有机化合物，优选地，所述有机成型剂选自甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇和聚阴离子纤维素中的至少一种，更优选为甲基纤维素和/或羧甲基纤维素。所述甲基纤维素的粘度可以为5000-150000mPa·s，羧甲基纤维素的粘度可以为5000-150000mPa·s，聚乙烯醇可以为牌号为PVA-1799和/或PVA-1788的聚乙烯醇。本发明中，优选地，所述聚阴离子纤维素的性能指标符合《GBT 35928-2018聚阴离子纤维素》的要求。
本发明中，对所述增塑剂的种类和来源选择范围较宽，优选地，所述增塑剂选自丙三醇、丙二醇、生桐油、聚乙二醇、蓖麻油、大豆油、油酸和聚乙烯醇中的至少一种，更优选为丙三醇和/或聚乙二醇，优选地，所述增塑剂与所述有机成型剂不同。
本发明第二方面提供一种煤基固废物多孔陶瓷的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将第一方面提供的所述用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物与水进行混合，然后成型；
(2)将所述成型而得的坯体进行干燥、烧结，得到煤基固废物多孔陶瓷。
在本发明中，对步骤(1)中所述混合没有特别的限定，只要将所述用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物中包含的各组分与水混合均匀即可。优选地，在步骤(1)中所述混合的过程包括：
a)将所述用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物中包含的煤基固废物组合物与有机成型剂进行第一混合，得到混合物；
b)将水与所述用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物中包含的结合剂组合物、增塑剂进行第二混合，得到悬浮液；
c)将所述混合物和悬浮液进行第三混合，得到混合料。
在本发明中，步骤(1)中优选的混合方式，可以使得所述结合剂组合物均匀分散在煤基固废物组合物的周围，从而使得多孔陶瓷在保证高的气孔率性能条件下，具有较高的抗热震性和抗弯强度。
在本发明中，对所述用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物中各组分的种类与含量(重量)均依照上述的限定，本发明对此不作赘述。
根据本发明，优选地，所述煤基固废物组合物中包含的粉煤灰与水的重量比为1：0.15-0.65，优选为1：0.2-0.4。
根据本发明，具体地，该方法还可以包括：在所述成型之前将所述组合物与水进行混合后得到的混合料依次进行陈腐和炼泥，然后再进行所述成型。
本发明中，所述陈腐是指将组合物和水进行混合后得到的混合料放置在容器中一段时间，使混合料中的各组分物质分散更加均匀的过程，在本发明中，对所述陈腐条件没有具体的限定，所述陈腐的条件可以包括：温度为10-40℃，时间为24-72h。
本发明中，对所述炼泥的条件没有具体限定，可以为手工炼泥也可以为机械真空炼泥，在本发明中，所述炼泥的目的是使得陈腐后的物料混合均匀，并且使陈腐后的物料中不存在空气。
本发明中，所述成型可以是常规的成型方法，可以是压制成型或挤出成型。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述成型得到的坯体的形状为板状；进一步优选地，所述坯体的形状为具有至少一个通道的板状。
根据本发明，优选地，所述通道与所述坯体同轴设置。当通道的数量在2个以上时，优选地，不同通道之间各自平行。
本发明中，优选情况下，所述板状的宽度为60-1000mm，厚度为2-10mm，壁厚为0.5-5mm，孔道数目为6-200。
本发明中，所述板状的壁厚是指板状的通道的边缘距离板状上表面或下表面的最小直线距离，所述上表面或下表面是指与板状宽度方向相互平行的表面。
本发明中，对所述板状坯体的通道形状没有具体限定，可以根据模具的具体形状进行改变，例如，所述通道横截面可以为圆形、三角形、正方形等。根据本发明的一种具体实施方式，所述通道横截面形状为圆形，优选地，所述圆形的直径为0.2-40mm。
采用本发明所述的组合物制备得到的粉煤灰基多孔陶瓷的坯体可以具有较大的尺寸，并且不易弯曲。
根据本发明一种优选实施方式，所述板状为中空多孔陶瓷过滤板，宽度为60-1000mm，厚度为2-10mm，壁厚为0.5-5mm，孔道数目为6-200，所述坯体的尺寸与所使用的模具的挤出口的尺寸相对应，模具挤出口的尺寸改变，则坯体的尺寸也随之改变。
在本发明的一些实施方式中，优选地，所述干燥的条件包括：温度为80-150℃，优选为90-120℃，时间为1-10h，优选2-8h。
本发明中，对所述烧结的条件没有具体的限定，所述烧结的条件优选包括：温度为1200-1600℃，优选为1400-1550℃；时间为1-15h，优选为1-5h；进一步优选地，以5-15℃/min的升温速度升至1200-1600℃后保温1-15h。特别地，采用本发明所述的组合物制备煤基固废物多孔陶瓷，有利于工业化生产操作以及获得高气孔率的煤基固废物多孔陶瓷。
本发明第三方面提供一种第二方面提供的方法制得的煤基固废物多孔陶瓷。
优选地，优选地，所述煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径为0.5-5μm，优选为0.8-2.5μm；气孔率≥40％，优选为40-70％；抗弯强度≥20MPa，优选为30-100MPa；抗热震性≥300℃，优选为400-800℃。
本发明中，煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径参数通过《GB/T 32361-2015分离膜孔径测试方法泡点和平均流量法》测得；煤基固废物多孔陶瓷的气孔率参数通过《GB/T 1966-1996多孔陶瓷容重、显气孔率测试方法》测得；煤基固废物多孔陶瓷的抗弯强度参数通过《HYT 064-2002管式陶瓷微孔滤膜测试方法》测得；煤基固废物多孔陶瓷的抗热震性参数通过《GB-T16536-1996工程陶瓷抗热震性试验方法》测得。
本发明第四方面提供一种第三方面提供的煤基固废物多孔陶瓷在烟气除尘、催化剂载体、污水处理、吸声和水处理中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
煤基固废物组合物的D50和结合剂组合物的D50各自独立地通过激光粒度仪(马尔文-MS-2000)测得；
煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径参数通过《GB/T 32361-2015分离膜孔径测试方法泡点和平均流量法》测得；
煤基固废物多孔陶瓷的气孔率参数通过《GB/T 1966-1996多孔陶瓷容重、显气孔率测试方法》测得；
煤基固废物多孔陶瓷的抗弯强度参数通过《HYT 064-2002管式陶瓷微孔滤膜测试方法》测得；
煤基固废物多孔陶瓷的抗热震性参数通过《GB-T 16536-1996工程陶瓷抗热震性试验方法》测得。
实施例1-7和对比例1-5用于生产煤基固废物组合物多孔陶瓷的组合物中各组分的用量列于表1；
实施例1-7和对比例1-5制得的煤基固废物组合物多孔陶瓷物理性质参数均列于表2。
实施例1
(1)将煤基固废物组合物(D50为5μm)与有机成型剂(甲基纤维素)进行第一混合，得到混合物；将结合剂组合物(D50为3μm，Al2O3的含量为12wt％，TiO2的含量为18wt％，CuO的含量为12wt％，MgO含量为58wt％)、增塑剂(丙三醇)与水进行第二混合，得到悬浮液；将混合物与悬浮液进行第三混合，得到混合料；
其中，煤基固废物组合物为粉煤灰和煤矸石粉，且粉煤灰和煤矸石粉的重量比为70:30；以煤基固废物组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为55wt％，SiO2的含量为40wt％；
煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为2.8：1；
粉煤灰和水的重量比为1：0.2；
(2)将步骤(1)得到的混合料在25℃下进行陈腐36h后，进行机械真空炼泥得到湿坯泥段，然后将湿坯泥段放入挤出机中，挤出成型，得到空心板状坯体，宽度为110mm，厚度4mm，壁厚1mm，孔道数目35，下同；
(3)将步骤(2)中得到的坯体在100℃下烘干4h，然后以5℃/min的升温速率升温至1500℃，保温10h，得到煤基固废物多孔陶瓷A1；
其中，煤基固废物多孔陶瓷A1的表面微观SEM图如图1所示，由图1可知，煤基固废物多孔陶瓷A1具有粉煤灰的形貌。
实施例2
(1)将煤基固废物组合物(D50为11μm)与有机成型剂(羟丙基甲基纤维素)进行第一混合，得到混合物；将结合剂组合物(D50为6μm，Al2O3的含量为8wt％，TiO2的含量为14wt％，CuO的含量为8wt％，MgO含量为70wt％)、增塑剂(丙三醇)与水进行第二混合，得到悬浮液；将混合物与悬浮液进行第三混合，得到混合料；
其中，煤基固废物组合物为粉煤灰和气化渣，且粉煤灰和气化渣的重量比为60:40；以煤基固废物组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为35wt％，SiO2的含量为50wt％；
煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为3.3：1；
粉煤灰和水的重量比为1：0.3；
(2)将步骤(1)得到的混合料在25℃下进行陈腐36h后，进行机械真空炼泥得到湿坯泥段，然后将湿坯泥段放入挤出机中，挤出成型，得到空心板状坯体；
(3)将步骤(2)中得到的坯体在100℃下烘干4h，然后以5℃/min的升温速率升温至1550℃，保温10h，得到煤基固废物多孔陶瓷A2；
其中，煤基固废物多孔陶瓷A2的表面微观SEM图与图1类似。
实施例3
(1)将煤基固废物组合物(D50为30μm)与有机成型剂(羟丙基甲基纤维素)进行第一混合，得到混合物；将结合剂组合物(D50为15μm，Al2O3的含量为8wt％，TiO2的含量为14wt％，CuO的含量为8wt％，MgO含量为70wt％)、增塑剂(生桐油)与水进行第二混合，得到悬浮液；将混合物与悬浮液进行第三混合，得到混合料；
其中，煤基固废物组合物为粉煤灰和炉底渣，且粉煤灰和炉底渣的重量比为60:40；以煤基固废物组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为35wt％，SiO2的含量为50wt％；
煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为3.8：1；
粉煤灰和水的重量比为1：0.4；
(2)将步骤(1)得到的混合料在25℃下进行陈腐36h后，进行机械真空炼泥得到湿坯泥段，然后将湿坯泥段放入挤出机中，挤出成型，得到空心板状坯体；
(3)将步骤(2)中得到的坯体在100℃下烘干4h，然后以5℃/min的升温速率升温至1400℃，保温5h，得到煤基固废物多孔陶瓷A3；
其中，煤基固废物多孔陶瓷A3的表面微观SEM图与图1类似。
实施例4
按照实施例1的方法，不同的是，适当调整各组分的用量，组合物中各组分的用量如表1所示，其余步骤相同，得到粉煤灰基多孔陶瓷A4。
其中，煤基固废物多孔陶瓷A4的表面微观SEM图与图1类似。
实施例5
按照实施例1的方法，不同的是，将煤基固废物组合物的D50替换为3μm，其余步骤相同，得到粉煤灰基多孔陶瓷A5。
其中，煤基固废物多孔陶瓷A5的表面微观SEM图与图1类似。
实施例6
按照实施例1的方法，不同的是，将基固废物组合物和结合剂组合物的重量比替换为5：1，适当调整各组分的用量，组合物中各组分的用量如表1所示，其余步骤相同，得到粉煤灰基多孔陶瓷A6。
其中，煤基固废物多孔陶瓷A6的表面微观SEM图与图1类似。
实施例7
按照实施例1的方法，不同的是，将煤基固废物组合物、结合剂组合物、有机成型剂、增塑剂和水直接进行混合，得到混合料，其余步骤相同，得到粉煤灰基多孔陶瓷A7。
其中，煤基固废物多孔陶瓷A7的表面微观SEM图与图1类似。
对比例1
按照实施例1的方法，不同的是，适当调整各组分的用量，组合物中各组分的用量如表1所示，其余步骤相同，得到煤基固废物多孔陶瓷D1。
对比例2
按照实施例1的方法，不同的是，组合物中不加入有机成型剂，适当调整各组分的用量，组合物中各组分的用量如表1所示，其余步骤相同，得到煤基固废物多孔陶瓷D2。
对比例3
按照实施例1的方法，不同的是，将煤基固废物组合物的D50替换为40μm，其余步骤相同，得到煤基固废物多孔陶瓷D3。
对比例4
按照实施例1的方法，不同的是，将结合剂组合物的D50替换为25μm，其余步骤相同，得到煤基固废物多孔陶瓷D4。
对比例5
(1)将粉煤灰(研磨至D50为10μm)，与造孔剂(淀粉)、有机成型剂(甲基纤维素)和增塑剂(高岭土)按照60:10:6:24的重量比进行混合，得到混合料；
(2)将步骤(1)得到的混合料在25℃下进行陈腐36h后，进行机械真空炼泥得到湿坯泥段，然后将湿坯泥段放入挤出机中，挤出成型，得到空心板状坯体，宽度为110mm，厚度4mm，壁厚1mm，孔道数目35；
(3)将步骤(2)中得到的坯体在100℃下烘干4h，然后以5℃/min的升温速率升温至1500℃，保温10h，得到煤基固废物多孔陶瓷D5。
表1
注：1-煤基固废物组合物、结合剂组合物、有机成型剂和增塑剂的重量比；2-指煤基固废物组合物与结合剂组合物的重量比。
表2
煤基固废物多孔陶瓷 A1 A2 A3 A4 A5 A6
平均孔径，μm 0.8 1.6 2.5 0.5 0.5 0.5
气孔率，％ 45 55 60 45 42 40
抗弯强度，MPa 43 52 60 43 38 43
抗热震性，℃ 500 700 800 300 350 350
续表2
煤基固废物多孔陶瓷 A7 D1 D2 D3 D4 D5
平均孔径，μm 4 0.3 6 7 6 10
气孔率，％ 40 27 31 48 20 21
抗弯强度，MPa 21 13 8 15 13 18
抗热震性，℃ 300 200 200 200 200 200
通过表1-2的结果可以看出，相比对比例1-5，通过限定各组分的重量比、煤基固废物组合的D50、结合剂组合物的D50以及煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比，使得煤基固废物多孔陶瓷具有较高的气孔率、抗弯强度和抗热震性；尤其是通过限定各组分的重量比、煤基固废物组合的D50、结合剂组合物的D50以及煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比在优选的保护范围内，进一步提高煤基固废物多孔陶瓷的综合性能，同时实现煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径在0.5-2.5μm范围内调控。
通过比较表2中实施例1和对比例5的数据可知，采用本发明提供的方法制得的煤基固废物多孔陶瓷具备较优的性能，即，本发明制得的煤基固废物多孔陶瓷保留了粉煤灰的形貌，使得煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径在0.5-5μm范围内可调控，同时使得煤基固废物多孔陶瓷具有较高的气孔率、较高的抗弯强度和较高的抗热震性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物，其特征在于，该组合物包括：煤基固废物组合物、结合剂组合物、有机成型剂和增塑剂，所述煤基固废物组合物含有粉煤灰与煤基固废物配料，所述煤基固废物配料选自煤矸石粉、气化渣和炉底渣中的至少一种；
其中，以所述组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为60-80wt%，所述结合剂组合物的含量为16-30wt%，所述有机成型剂的含量为3-7wt%，所述增塑剂的含量为1-3wt%；
其中，所述煤基固废物组合物的D50为3-35µm，所述结合剂组合物的D50为1-20µm，所述煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为2-5：1；
其中，所述粉煤灰与煤基固废物配料的重量比为50-80：20-50；
其中，所述煤基固废物组合物的主要成分为Al2O3和SiO2，以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为30-60wt%；SiO2的含量为25-55wt%；
其中，所述结合剂组合物包括：Al2O3、TiO2、CuO和MgO；以所述结合剂组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为5-15wt%；TiO2的含量为10-20wt%；CuO的含量为5-15wt%；MgO的含量为50-75wt%。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，以所述组合物的总重量为基准，所述煤基固废物组合物的含量为66.5-75.5wt%，所述结合剂组合物的含量为20-25wt%，所述有机成型剂的含量为3.5-6wt%，所述增塑剂的含量为1-2.5wt%。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中，所述组合物由煤基固废物组合物、结合剂组合物、有机成型剂和增塑剂组成。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述煤基固废物组合物的D50为5-10µm，所述结合剂组合物的D50为3-5µm，所述煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为2.5-3：1；或，
所述煤基固废物组合物的D50为11-20µm，所述结合剂组合物的D50为6-10µm，所述煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为3.1-3.5：1；或，
所述煤基固废物组合物的D50为21-30µm，所述结合剂组合物的D50为11-15µm，所述煤基固废物组合物和结合剂组合物的重量比为3.6-4：1。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合物，其中，所述粉煤灰与煤基固废物配料的重量比为60-70：30-40。
6.根据权利要求5所述的组合物，其中，以所述煤基固废物组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为35-55wt%；SiO2的含量为30-50wt%。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中，以所述结合剂组合物的总重量为基准，Al2O3的含量为8-12wt%；TiO2的含量为14-18wt%；CuO的含量为8-12wt%；MgO的含量为58-70wt%。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述的组合物，其中，所述有机成型剂选自甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇和聚阴离子纤维素中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的组合物，其中，所述增塑剂选自丙三醇、丙二醇、生桐油、聚乙二醇、蓖麻油、大豆油、油酸和聚乙烯醇中的至少一种。
10.一种煤基固废物多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将权利要求1-9中任意一项所述的用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物与水进行混合，然后成型；
（2）将所述成型而得的坯体进行干燥、烧结，得到煤基固废物多孔陶瓷。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述混合的过程包括：
a）将所述用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物中包含的煤基固废物组合物与有机成型剂进行第一混合，得到混合物；
b）将水与所述用于生产煤基固废物多孔陶瓷的组合物中包含的结合剂组合物、增塑剂进行第二混合，得到悬浮液；
c）将所述混合物和悬浮液进行第三混合，得到混合料。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述煤基固废物组合物中包含的粉煤灰与水的重量比为1：0.15-0.65。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述煤基固废物组合物中包含的粉煤灰与水的重量比为1：0.2-0.4。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述烧结的条件包括：温度为1200-1600℃；时间为1-15h。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述烧结的条件包括：温度为1400-1550℃；时间为1-5h。
16.一种权利要求10-15中任意一项所述的方法制得的煤基固废物多孔陶瓷。
17.根据权利要求16所述的煤基固废物多孔陶瓷，其中，所述煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径为0.5-5μm；气孔率≥40%；抗弯强度≥20MPa；抗热震性≥300℃。
18.根据权利要求16所述的煤基固废物多孔陶瓷，其中，所述煤基固废物多孔陶瓷的平均孔径为0.8-2.5μm；气孔率为40-70%；抗弯强度为30-100MPa；抗热震性为400-800℃。
19.权利要求16-18中任意一项所述的煤基固废物多孔陶瓷在烟气除尘、催化剂载体、污水处理、吸声和水处理中的应用。
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