CN117164351B - 一种富钙缓释矿化材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种富钙缓释矿化材料及其制备方法，包括如下重量份数的原料：富钙矿物原料9‑50份、二氧化硅15‑40份、沸石5‑10份、石英5‑10份、改性剂5‑15份、粘结剂1‑5份、纳米硅粉1‑10份。通过混合制浆、喷雾造粒、混合搅拌、成型、烧结、涂敷、二次加热步骤可制备得到本申请的富钙缓释矿化材料。本申请制备得到的富钙缓释矿化材料通过对天然矿石中矿物元素的精准提纯，然后通过把易溶的钙元素锁在无机非金属材料的晶格中能够使其缓慢释放，达到能够使材料在纯水中主要溶出钙元素，且生产过程中的精准配比，能够使钙元素的溶出量能够在一定范围内可控。
Description
技术领域
本申请属于缓释矿化材料领域，具体涉及一种富钙缓释矿化材料及其制备方法。
背景技术
钙是人体内最重要的元素之一，在人体中发挥着不可或缺的功能，主要体现在：构成骨骼牙齿，维持神经和肌肉活动，促进体内酶的活性，钙还参与血液凝固、激素分泌、维持体液酸碱平衡及调节细胞正常生理功能等作用。人体内钙的缺乏会导致幼儿佝偻病、中老年人骨质疏松病、心血管疾病等。通过饮用一定量的水可以摄取人体所需的钙元素。目前，人们饮用的通常经是过净水器过滤的纯净水，但净水器在过滤水中杂质的同时，会把有益的矿物质钙也过滤掉。有研究表明，人长时间饮用纯净水会带走身体中的矿物质导致亚健康状态。
市面上有矿化材料，多是用麦饭石粉或电气石粉做成的颗粒过滤材料，无法控制其溶出的矿物离子的含量及种类，无法做到精准的使纯净水富含确切的矿物离子及含量；市面上有直接使用矿石颗粒来用作水的矿化材料，通过对矿石颗粒改性使其相对容易溶在水中达到纯净水的矿化目的，但是矿石中的矿物离子成分种类众多，其也无法精纯的控制改性矿石溶出的矿物离子种类和含量。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提出了一种富钙缓释矿化材料，该富钙缓释矿化材料能够在水中溶出钙元素且能精准控制溶出钙元素的含量。
本申请的另一个目的在于提供上述富钙缓释矿化材料的制备方法。
为了实现上述目的，本申请采用的技术方案是：
一种富钙缓释矿化材料，包括如下重量份的原料：富钙矿物原料9-50份、沸石5-10份，二氧化硅15-40份，石英5-10份、改性剂5-15份、粘结剂1-5份、纳米硅粉1-10份。
优选的，所述富钙矿物原料为石灰石、方解石和大理石的混合物；进一步优选的，所述富钙矿物原料重量份组成为石灰石2-20份，方解石2-20份，大理石5-10份。
优选的，所述改性剂为碳酸溶液。
优选的，所述粘结剂为硅溶胶。
一种上述所述富钙缓释矿化材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、混合制浆：将富钙矿物原料和溶剂混合，磨成浆料；
步骤2、喷雾造粒：将步骤1所述浆料进行喷雾造粒；
步骤3、混合搅拌：将步骤2所得颗粒与二氧化硅、沸石、石英磨成粉料进行均匀混合和充分搅拌；
步骤4、成型：在步骤3充分混合搅拌的粉料中加入改性剂和粘结剂进行成型，烘干，得到成型品；
步骤5、烧结：将步骤4所述成型品烧结，后降至室温，得到半成品；
步骤6、涂敷、二次加热：在步骤5所述半成品上涂敷纳米硅粉，二次加热，后降至室温，得到一种富钙缓释矿化材料。
优选的，所述步骤1制浆条件为在压力罐中5个大气压下进行；步骤1所述溶剂为水或者75％体积分数酒精；进一步优选的，所述溶剂为75％体积分数酒精，在选用酒精时，更易挥发，干得更快，更便于后续生产。
优选的，步骤2所得颗粒粒径为0.4-0.6mm，所述步骤2喷雾造粒在喷雾造粒塔中进行。
优选的，步骤3混合搅拌在混料机中进行。
优选的，所述烘干温度为80℃；所述步骤4在滚动型成球机中进行；步骤4所述成型品的粒径为1-10mm。
优选的，所述步骤5在真空电炉中进行烧结，步骤5所述烧结温度为1000℃，保温时间为2小时。
优选的，步骤6所述二次加热温度为600℃，保温时间为2小时。
与现有技术相比，本申请能够带来如下有益效果：
1、本申请制备的缓释矿化材料，通过对天然矿石中矿物元素的精准提纯，然后通过把易溶的钙元素锁在无机非金属材料的晶格中能够使其缓慢释放，达到了能够使材料在纯净水中基本只溶出钙元素，且生产过程中的精准配比，能够使钙元素的溶出量能够在一定范围内可控。
2、本申请制备的缓释矿化材料中加入二氧化硅、石英，可作骨架结构为缓释矿化材料提供支撑作用，使缓释矿化材料的形状可控；二氧化硅、石英在水中不会溶出任何物质，可有效避免溶出钙元素的过程中引入杂质污染饮用水；且二氧化硅和石英混合作为缓释矿化材料骨架可有效降低产品生产成本。
3、本申请制备的缓释矿化材料中加入多孔结构的沸石，可使缓释矿化材料富含微孔结构，避免骨架在烧结过程中过于致密而影响钙元素溶出。
4、本申请制备的缓释矿化材料中加入的碳酸溶液作为改性剂可与富钙矿石原料反应，对富钙矿石进行改性，使其中钙元素更容易溶出。
5、本申请将硅溶胶作为粘结剂，其主要成分为二氧化硅，在水中不溶出任何物质，可有效避免富钙缓释矿化材料溶出钙元素的过程中引入杂质污染饮用水。
6、本申请制备的缓释矿化材料涂敷纳米硅粉，粒度更小的纳米硅粉填充过大的微孔使材料的微孔大小更加均匀，可有效防止骨架烧结后在微观层面微孔大小不均匀影响溶出精度。
7、本申请制备的缓释矿化材料可定期更换，使用方便、成本低廉。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
【实施例1】
步骤1、混合制浆：将石灰石5份，方解石8份，大理石5份和75％酒精混合，磨成浆料；
步骤2、喷雾造粒：将步骤1所述浆料进行喷雾造粒，所得颗粒粒径为0.4mm；
步骤3、混合搅拌：将步骤2所得颗粒与二氧化硅15份、沸石6份、石英5份磨成粉料进行均匀混合和充分搅拌；
步骤4、成型：将步骤3充分混合搅拌的粉料放入滚动型成球机，并加入碳酸溶液5份和硅溶胶2份进行成型，烘干，得到成型品，所述成型品的粒径为2mm，所述烘干温度为80℃；
步骤5、烧结：将步骤4所述成型品放入真空电炉中烧结，所述烧结温度为1000℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到半成品；
步骤6、涂敷、二次加热：在步骤5所述半成品上涂敷纳米硅粉2份，二次加热，所述二次加热温度为600℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到一种富钙缓释矿化材料。
【实施例2】
步骤1、混合制浆：将石灰石20份，方解石20份，大理石10份和75％酒精混合，磨成浆料；
步骤2、喷雾造粒：将步骤1所述浆料进行喷雾造粒，所得颗粒粒径为0.6mm；
步骤3、混合搅拌：将步骤2所得颗粒与二氧化硅40份、沸石10份、石英10份磨成粉料进行均匀混合和充分搅拌；
步骤4、成型：将步骤3充分混合搅拌的粉料放入滚动型成球机，并加入碳酸溶液15份和硅溶胶5份进行成型，烘干，得到成型品，所述成型品的粒径为8mm，所述烘干温度为80℃；
步骤5、烧结：将步骤4所述成型品放入真空电炉中烧结，所述烧结温度为1000℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到半成品；
步骤6、涂敷、二次加热：在步骤5所述半成品上涂敷纳米硅粉10份，二次加热，所述二次加热温度为600℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到一种富钙缓释矿化材料。
【实施例3】
步骤1、混合制浆：将石灰石12份，方解石10份，大理石8份和75％酒精混合，磨成浆料；
步骤2、喷雾造粒：将步骤1所述浆料进行喷雾造粒，所得颗粒粒径为0.5mm；
步骤3、混合搅拌：将步骤2所得颗粒与二氧化硅30份、沸石8份、石英7份磨成粉料进行均匀混合和充分搅拌；
步骤4、成型：将步骤3充分混合搅拌的粉料放入滚动型成球机，并加入碳酸溶液10份和硅溶胶3份进行成型，烘干，得到成型品，所述成型品的粒径为4mm，所述烘干温度为80℃；
步骤5、烧结：将步骤4所述成型品放入真空电炉中烧结，所述烧结温度为1000℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到半成品；
步骤6、涂敷、二次加热：在步骤5所述半成品上涂敷纳米硅粉6份，二次加热，所述二次加热温度为600℃，保温时间为2小时，后降至室温，得到一种富钙缓释矿化材料。
【对比例1】
与实施例1相比，原料中无沸石。
【对比例2】
与实施例1相比，原料中无二氧化硅、石英。
【对比例3】
与实施例1相比，原料中无碳酸溶液。
【对比例4】
与实施例1相比，步骤2中所得颗粒粒径为2mm；步骤4中，成型品的粒径为30mm。
【对比例5】
与实施例1相比，步骤6无纳米硅粉。
【对比例6】
与实施例1相比，步骤5中烧结的具体步骤为：在1800℃下真空烧结，保温2h，降至室温；步骤6中二次加热的具体步骤为：加热至1700℃，保温2h，降至室温。
对实施例、对比例方法制备得到的缓释矿化材料进行性能测试，详见表1和2。表1浸泡实验方法为：室温下，取10g样品放入100mL纯水中，静置20h，取浸泡液测试。表2实验方法为：室温下，取200g样品进行通水测试，通水时，纯水流速为1.5L/min，当通水量达到500L、1000L、2000L、3000L和4000L时分别取水样进行测试。
表1各实施例及对比例制备的富钙缓释矿化材料性能测试结果
根据表1可以得出如下结论：实施例1-3中钙元素的含量明显高于纯水的含量，表明制备得到的产品能够进行矿化使纯水中的矿物质元素钙含量增加；与纯水相比，实施例1-3中除钙元素含量增加，仅溶出少量镁元素，表明本申请制备的产品能够在纯水中能够精准控制溶出的元素主要为钙元素；实施例1-3以及对比例4、6中钙元素的含量不同，表明原料的配比、喷雾造粒的粒径、成型品的粒径以及温度对产品中钙元素的溶出量有影响；对比例1与实施例1相比，由于原料中无沸石，导致产品中料无微孔结构，且使骨架在烧结过程中过于致密，富钙原料不能与水体充分接触影响钙元素溶出；对比例2与实施例1相比，由于原料中无二氧化硅和石英，产品中无起支撑作用的骨架结构，使其形状不可控影响钙元素溶出的含量；对比例3与实施例1相比，由于原料中无碳酸溶液，富钙原料由于未和碳酸溶液反应，导致溶出的钙元素含量降低；对比例4与实施例1相比，由于原料的粒径较大，最终富钙原料与水体的接触面积降低，导致水中钙元素含量降低；对比例5与实施例1相比，由于无纳米硅粉对产品孔径进行调控，导致产品在水中溶出钙元素的速率不同，进而影响水中钙元素的含量；对比例6与实施例1相比，由于温度过高，产品中的骨架架构熔化致密，导致富钙原料不能与水体充分接触使钙元素含量降低。
表2实施例1制备的富钙缓释矿化材料性能测试结果
由表2可以得出如下结论：实施例1制备得到的产品在通水量逐渐增大的过程中钙元素的含量稳定降低，表明本申请制备的产品溶出钙元素含量较稳定，且随着通水量的增大镁元素的含量变化趋于稳定同样也能表明本申请制备的产品主要溶出钙元素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种富钙缓释矿化材料，其特征在于，包括如下重量份数的原料：富钙矿物原料9-50份、二氧化硅15-40份、沸石5-10份、石英5-10份、改性剂5-15份、粘结剂1-5份、纳米硅粉1-10份；所述富钙矿物原料为石灰石2-20份、方解石2-20份、大理石5-10份；所述改性剂为碳酸溶液；所述富钙缓释矿化材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、混合制浆：将富钙矿物原料和溶剂混合，磨成浆料；步骤2、喷雾造粒：将步骤1所述浆料进行喷雾造粒；步骤3、混合搅拌：将步骤2所得颗粒与二氧化硅、沸石、石英磨成粉料后进行均匀混合和充分搅拌；步骤4、成型：在步骤3充分混合搅拌的粉料中加入改性剂和粘结剂进行成型，烘干，得到成型品；步骤5、烧结：将步骤4所述成型品烧结，后降至室温，得到半成品；步骤6、涂敷、二次加热：在所述半成品上涂敷纳米硅粉，二次加热，后降至室温，得到一种富钙缓释矿化材料；步骤5所述烧结温度为1000℃，保温时间为2小时。
2.根据权利要求1所述的一种富钙缓释矿化材料，其特征在于：溶剂为75％体积分数酒精或水。
3.根据权利要求2所述的一种富钙缓释矿化材料，其特征在于：所述溶剂为75％体积分数酒精。
4.根据权利要求1所述的一种富钙缓释矿化材料，其特征在于：所述粘结剂为硅溶胶。
5.根据权利要求4所述的富钙缓释矿化材料，其特征在于：步骤6所述二次加热温度为600℃，保温时间为2小时。
6.根据权利要求5所述的富钙缓释矿化材料，其特征在于：步骤2所得颗粒粒径为0.4-0.6mm，步骤4所述成型品的粒径为1-10mm。
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