TWI322796B - - Google Patents

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1322796 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種輕質連續性開放多通孔陶究體介 質：其製造方法，且特別者’ 一種具連續性開放多通孔， 低密度、低比重、高度透水性，透氣性，較大比表面積之 陶瓷體介質，其製造方法與其用途。 【先前技術】 目前市面上濾、材種類眾多，大致可分為塑膠球類、石 英砂、玻璃環、陶究射出環、木炭、竹炭等，但此等㈣ 功能，-無法滿足高溫過遽材、高溫消音裝置、生技養殖、 2淨化處理、空氣流化床等生物性接顧材所需 功能和性質要求。例如孔洞為連續性開放多通孔，孔隙不 f堵塞，生物料脫落，具較大比表面積，減重，低密 二八Γ度透氣& ’透水性等諸項特性優點n慮材製造 元全無法滿足之特性。 *本f發明人有鑑於上㈣前產品之缺點，經多年研 完成完全具上述諸功能和性f要求之㈣連續性開 夕k孔陶兗體"質。此外，也可於該輕質連續性開放多 體"質中添加奈米銀離子’遠紅外線離子，礦物 里負離子，驗性無機鹽類（製成驗性離子pH >8以上）， 機鹽類（製成酸性離子pH<7以下）之礦物且經 间皿燒，.，。固化反應後可提供㈣附加價值及功能。 【發明内容】 本發明的一項目的為提出一種輕質連續性開放多通 5 孔陶瓷體介質，其特徵為具有高度透水性，透氣性，連續 性開放孔隙，低密度，低比重，較大比表面積和良好結構。 本發明的另一項目的為提供一種製造上述輕質連續 性開放多通孔陶瓷體介質之方法。 本發明的又另一項目的為提供一種本發明輕質連續 性開放多通孔陶瓷體介質作為高溫過濾材、高溫消音裝 置、生技養殖、水質淨化、污水處理、空氣流化床等生物 性接觸遽材之用途。 【實施方式】 為了達到上述諸目的，本發明提供一種新穎輕質連續 性開放多通孔陶瓷體介質及其製法。 於本發明輕質連續性開放多通孔陶瓷體介質的製造 方法中，包括一前段輕質顆粒體製造步驟與一後段輕質連 續性開放多通孔陶瓷體介質步驟如下所述： 前段輕質顆粒體製造步驟 將酸性火山玻璃中之珍珠岩細顆粒，過篩取0.4毫米 左右顆粒大小，瞬間加熱至1000°C，於此煆燒過程中，因 珍珠岩中含有3-4%水份，水分子受熱產生分解使體積膨脹 促使珍珠岩之體積產生膨脹變化（可比原料體積膨脹 20-30倍），因而產生均勻細化之空隙，得到輕質體之顆粒。 此步驟可用下述流程予以概述： 珍珠岩原料—粉碎—過筛取0.4毫米顆粒—入窯煆燒—冷 卻—過筛—半成品輕質顆粒體 1322796 後段輕質連開放多诵孔陶瓷體介質製造方法步驟 後段輕質連續性開放多通孔陶瓷體介質製造方法步 驟包括：於前段中所得輕質顆粒體中加入無機粘合劑，其 於一較佳具體實例中為矽酸鈉，俗稱水玻璃，例如用水玻 璃溶液濕潤該輕質顆粒體的内部及表面使該等表面產生粘 性。然後加入已混合完成之陶瓷基料，其中包括長石、粘 土、助熔劑及無機或有機粘合劑。將所得混合物先以迴轉 式混合機混合，使輕質顆粒體表面附著陶瓷基料，再將已 混合完成之混合物放入旋轉式滚動機中，滾動包覆造粒， 其中係利用水份來調整包覆顆粒體滾動時的均勻性和粘 度，並持續加水滚動，來調整顆粒體表面之粘度，直到顆 粒體有相互钻接時之粘度’停止水份加入，讓顆粒體一直 重覆滾動，而造成顆粒體互相粘著，並靠滾動時之滚動力 而分開’促使表面水份多且钻度南之表面基料被表面水份 少且粘度低之表面所粘著，而產生不均勻性之附著效果。 其後將經滚動包覆完成的顆粒體置於旋轉式乾燥機中，烘 乾且藉此調整成型水份和顆粒強度，以利於成型時顆粒體 有流動性。之後，進行成型，於一較佳具體實例中係採用 粉體加壓成型，接著予以乾燥，並置於瓦斯窯中以氧化焰 在1000°c以下燒結，於燒結反應中，矽酸鈉因高溫產生玻 璃相熔融反應而與珍珠岩膨脹體產生共融之反應現象，促 使膨脹之珍珠岩之體積產生熔融反應，體積縮小之變化， 而使包覆之顆粒體產生空洞之現象，並因輕質顆粒體滾動 包覆時包覆顆粒體之表面有不均勻包覆基料之產生，致使 7 燒結反應後的顆粒體產生連續性開放多通孔。 此一後段，輕質連續性開放多通孔陶瓷體介質製造步 驟可用下面的流程予以概述··： 輕質珍珠岩顆粒體〜加入矽酸鈉水溶液（無機粘入 劑）4使顆粒體内部及表面產生濕潤現象〜迴轉式混合〜 加入喊基料4旋轉式滾動包覆造粒—加水調整枯^ =Γ=調整水份至顆粒體相互有點接現象-重 覆滚動造粒—使顆粒體表面相互__生不均勻μΪ 結果—供乾調整顆教強度—粉體空 出I—成品檢查〜包裝。 入黑k成〜 者 其中所使用的陶竞基料為長石、枯土、助熔劑和類似 石夕酸納為低溫助溶劑及常溫無機枯合劑。另外 機姑合劑，其例子為叛甲基纖維 私粉類和類似者。 m 質連方面中’本發明提供用上面所述方法製成的輕 有低客/通㈣t體介f ’其因本發明特殊製法而其1 有低；:度1多孔性、低導舰、化學惰性料性。^ 通孔陶【體::：炎本發明提供上述本發明輕質連續性多 技養殖、水i淨化 〶溫過料、高溫消音裝置、生 的生物性接=之=處理、空氣生物流化床等領域中 1322796 於又另一方面中，依其應用而定，本發明輕質連續性 多通孔陶瓷體介質於製造中可加入特殊成分，例如要使輕 質連續性開放多通孔型陶瓷體介質功能化，可於基料中加 入無機抗菌離子成分，礦物型負離子成分；遠紅外線離子 成分；鈣和鎂的碳酸鹽類；鹼性礦物質例如LiO(氧化鋰）、 Na2〇 (氧化鈉）、K2〇 (氧化鉀）、CaO (氧化鈣）、MgO (氧 化鎂）等以改變該陶瓷體介質為鹼性；或者加入酸性礦物 質例如Si〇2 (矽石粉）以改變該陶瓷體介質為酸性等，而 賦予該發泡性輕質多通孔型陶瓷體介質多種功能。 其中無機抗菌離子的主要殺菌成分為Ag和活性氧， 且其主要功能包括抗細菌和真菌類微生物、與除臭。 礦物型負離子的主要功能為抗菌、除臭、促進血液循 環新陳代謝、延長魚類生命週期、增加機體抗菌能力，且 陰離子作用於傷口能促進上皮和肉芽生長。負離子在生物 學的效能上主要運作機制可分為： (一） 使氧自由基無毒化：氧自由基的外圍電子比普通情況 下者較為少，而負離子的外圍電子則較為多，相互中 和使氧自由基獲得缺少的電子達到無毒的效果。 (二） 使體液呈弱鹼性：體内的氫離子愈多，體液的酸性愈 強，而負離子可以使血液中的氫離子濃度降低，導致 血液成為弱鹼性。 (三） 使水體中的品質得到改善：水體中的病毒、細菌等生 物懸浮物大多帶有正電荷，負離子可與之中和達到無 電荷之後沉澱過濾以改善水體品質。 9

I t n遠紅外線離子的主要功能包括： 1;)促進魚體生理活性 (2)

)5文善水分子細分化使生物具:^ 4 L

、田胞之間’再透過共鳴共振，轉化為熱能，使得 皮下/衣層的溫度微幅増高，加快血流速度使微 ’、’糸血笞擴張。微絲jk管開放愈多，心臟壓力可獲 得減低’同時將新陳代謝所產生的廢物排出體 外。 添加約鎂碳酸鹽類的主要功能包括： (2)具有高度透水透氣性、舰性、提高輕過程令 (1)低比重，減低過濾系統的承載重量。 的水中溶氧量。 (3) 生物膜易於脫落。 (4) 提供不同的菌相細菌所需的孔隙條件，減低對硝 化菌造成緊迫現象以利菌相發展。 (5) 空隙為開放性且為連續貫通性互通氣孔。 層相接觸時的擴散效果，提升氨氣移動速率。 (6) 材質為親水性’比表面積大，表面承粗糙面易 於形成附著水層，增加水力停留時間（hydraul泌 retention time’ HRT)，增加流動水層與附著水 (7)提高異營性細菌對於有機弱質生物的處理效率。 本發明要利用下面的非限制性實施例予以進一步閣 實施例 通用程序： 前段輕質膨脹珍珠岩顆粒體製造步驟： 將酸性火山玻璃岩中之珍珠岩顆粒體0.4毫米太小， 瞬間加熱至1000°C進行煆燒，於此煆燒過程中，因珍珠岩 中含有3-4%水份，水分子受熱產生體積膨脹，使珍珠岩產 生結構變化，體積膨脹20-30倍，成為具低密度，低比重， 多孔隙之珍珠岩膨脹顆粒，然後過篩取4-8目之顆粒體。 後段輕質連續性開放多通孔陶瓷體介質製造步驟： 於20什克前段步驟中所得輕質膨脹珍珠岩顆粒體中 加入18仟克矽酸鈉水溶液’使輕質膨脹珍珠岩顆粒體内部 及表面產生濕潤钻性，然後加入110仟克的長石、枯土或 類似之陶瓷基料和1· 6仟克有機粘合劑如CMC、糊精、澱 粉，且加入2 0仟克水’將所得混合物在迴轉式混合機中混 合10分鐘。然後將混合完成之顆粒體放置於旋轉式滾動機 中滾動包覆，並加水10什克調整顆粒體粘度再重覆滾動， 一直到顆粒體表面因枯度不同而使滾動表面產生不均勻性 包覆基料現象為止。接著’將包覆滾動所得不均勻的完成 顆粒體置於旋轉式乾燥機中以100°C乾燥10分鐘，採用粉 體成型機成型，成型時以不破壞顆粒體完整性為成型原 則’並於100°C乾燥機乾燥。於乾燥完成後，將乾燥產物 放置於瓦斯窯中以氧化焰於l〇〇〇t下燒結，燒結過程中因 矽酸鈉產生熔融之玻璃相而與膨脹珍珠岩產生共融之高溫 1322796 反應將勝脹珍珠岩溶融，使膨脹珍珠岩體積變小收縮，而 產生孔洞又因原先包覆顆粒表面有不均勻包覆之現象，經 高溫燒結而得連續性開放多通孔型結構。 實施例1 添加無機抗菌銀離子之輕質連續性開放多通孔型陶瓷體 介質 根據上面所述包括一前段輕質顆粒製造步驟製造成 輕質顆粒體’與一後段輕質連續性開放多通孔型陶瓷體介 質製造步驟之通用程序製造添加無機抗菌銀離子之輕質連 續性開放多通孔型陶瓷體介質，其中係在陶瓷基料中添加 抗菌離子成分。於本實施例中，該抗菌離子成分為奈米銀 粒子且使其在最後產品中的含量為3-5重量％。於其他具體 實例中可以添加的抗菌離子成分包括p2〇5、Zn等。 抗菌效能：最低90% 實施例2 添加鑛物型負離子之輕質連續性開改多通孔型陶瓷體介 質 根據上面所述包括一前段輕質顆粒製造步驟以製造 成發泡性輕質顆粒體’與一後段輕質連續性開放多通孔型 陶曼體介質製造步驟之通用程序製造添加礦物型負離子之 輕質連續性開改多通孔型陶瓷體介質，其中係在陶瓷基料 中添加礦物型負離子成分。 負離子成分：Si〇2，Ah〇3、CaO、Ti〇2/ZrO/La/Se 負離子濃度：6500-7500 ea/cc 1322796 實施例3 添加遠紅外線離子之輕質連續性開放多通孔型陶瓷體介 質 根據上面所述包括一前段輕質顆粒製造步驟製造成 發泡性輕質顆粒體，與一後段輕質連續性開放多通孔型陶 瓷體介質製造步驟之通用程序製造添加遠紅外線離子之輕 質連續性開放多通孔型陶瓷體介質，其中係在陶瓷基料中 添加遠紅外線離子成分。 化學成分：Si〇2，Al2〇3、CaO、MgO、Na2〇、K2〇 等 平均放射率：4-12微米為85%以上 實施例4 添加鈣鎂碳酸鹽類之輕質連續性開放多通孔型陶瓷體介 質 根據上面所述包括一本前段輕質顆粒製造步驟製造 成發泡性輕質顆粒體，與一後段輕質連續性開放多通孔型 陶瓷體介質製造步驟之通用程序製造添加鈣鎂碳酸鹽類之 輕質連續性開放多通孔型陶瓷體介質，其中係在陶究基料 中添加遠紅外線離子成分。 化學成分：Si〇2，AI2O3、CaO、MgO、B2O，ZnO、Li2〇、 Na2〇等無機礦物經高溫燒結而得多孔隙表面結構。 綜上所述，使用本發明新穎輕質連續性開放多通孔型 陶瓷體介質製造方法可製造出具有大比表面積、低比重、 高度透氣性、結構良好之輕質連續性開放多通孔型陶瓷體 介質，其比重較現有發泡性輕質陶瓷體介質都較為低，甚 13 1322796 至於可使本發明輕質連續性開放多通孔型陶瓷體介質懸浮 於液體内，增加本發明輕質連續性開放多通孔型陶瓷體介 質的功能之發揮，例如，無機抗菌性，礦物質負離子，遠 紅外線功能，驗性礦物質功能和酸性礦物質功能等，可應 用於高溫過濾材、高溫消音裝置、生技養殖、污水處理、 空氣生物流化床等領域中作為生物性接觸濾材。因此，本 發明具有新穎性、進步性及產業實用性，爰提出專利之申 請。 【圖式簡單說明】 無圖式 【主要元件符號說明】 無圖式

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Claims (1)

1322796 更)正替換頁 十、申請專利範圍： 1. 一種輕質連續性開放多通孔型陶瓷體介質之製造方 法，其包括： 一前段輕質膨脹珍珠岩顆粒體製造步驟： 將酸性火山玻璃岩中之珍珠岩顆粒體（0.4毫米大 小）瞬間加熱至1000°C進行煆燒，於此煆燒過程中，因 珍珠岩中含有3-4%水份，水分子受熱產生體積膨脹， 使珍珠岩產生結構變化，體積膨脹20-30倍，而得具低 密度，低比重，多孔細之珍珠岩膨脹顆粒，並過篩取 4-8目之顆粒體； 一後段輕質連續性開放多通孔陶瓷體介質製造步驟： 於前段步驟中所得輕質膨脹珍珠岩顆粒體中加入 矽酸鈉水溶液，使輕質膨脹珍珠岩顆粒體内部及表面產 生濕潤枯性，然後加入陶竟基料和有機枯合劑，並加入 水，將所得混合物在迴轉式混合機中混合10分鐘，再 將混合完成的顆粒體放置於旋轉式滾動機中滾動包 覆，並加水調整顆粒體粘度且重覆滾動，一直到顆粒體 表面因粘度不同而產生滾動表面產生不均勻性包覆基 料現象為止；接著將包覆滾動不均勻的完成顆粒體置於 旋轉式乾燥機中以100°c乾燥10分鐘，然後採用粉體 成型機成型，成型時以不破壞顆粒體完整性為成型原 則，並於100°C乾燥機乾燥成型物，且於乾燥完成後， 將產物放置於瓦斯窯中以氧化焰1000°C下燒結，燒結 過程中因矽酸鈉產生熔融之玻璃相與膨脹珍珠岩產生 i S] 15 1322796 共融之高溫反應，而將膨脹珍珠岩熔融，使膨脹珍珠岩 體積變小收縮，而產生孔洞，又因原先包覆顆粒表面有 不均勻包覆之現象，經高溫燒結而得連續性開放多通孔 型結構。 2·根據中凊專利範圍第1項之方法，其中該助炫劑為石夕酸 鈉，俗稱水玻璃。 3.根據中請專職㈣丨項之方法，其中該輕質顆粒體經

瞬間加熱而產生膨脹之膨脹珍珠岩，俗稱珍珠石、或真 珠石和類似者。 ^ (根據中請專職圍第丨項之方法，其巾該料基料為助 溶劑、長石、粘土和類似者。 5. 根據中請專利範圍第η之方法，其中該有機黏合劑為 CMC、糊精、殿粉類和類似者。

6. 根據ΐ請專利範圍第丨項之方法，其進—步包括在燒結 反應中，石夕酸鈉因高溫產生玻璃相炼反應而與珍珠岩膨 脹體產生共融之反應現象，促使膨脹之珍珠岩之體積產 生溶融現象’體積縮小之變化，而使包覆之顆粒體產生 7·根據中tf專利範圍第u之方法，其進—步包括在該陶 瓷基料中添加鈣鎂碳酸鹽類。 8.根據中請專利範圍第1項之方法，其進-步包括在該陶 瓷基料中添加無機抗菌離子成分。 據中請專利範圍第8項之方法，其中該無機抗菌離子 成分為銀’ Ρ2Ο5、和Ζη。 1322796 利範圍第1項之方法，其進—步包括在該 陶是基料中添加礦物型負離子成分。 11.根據申請專利範圍第 項之方法，其中該石廣物型負離 子成刀為 s1〇2，Al2〇3、Ca0、和 Ti〇2/Zr〇/u/Se。 12·根據申請專利範圍第 陷达哨之万法，其進一步包括在該 陶是基料中添加遠紅外線離子成分。 13.根據申請專利範圍第12 套其中该逖紅外線離

子成刀為㈣2, Al2〇3、CaO、Mg0、Na2〇L 14·陶=申Λ專·圍第1項之方法’其進—步包括在該 陶瓷基料中添加驗性礦物質成分。 ^艮據申請專利範圍第14項之方法，其中該驗性鑛物質 成/刀為Ll0 (乳化鐘）、Na2〇 (氧化納）、K2〇 (氧化鉀）、 CaO (氧化鈣）、和Mg〇 (氧化鎂）。 16.根據中請專利範㈣1項之方法，其進-步包括在該 陶瓷基料中添加酸性礦物質成分。 μ

17.根據申請專利範圍第 成分為Si〇2。 16項之方法，其中該酸性礦物質 18. /檀使用f請專利範圍第1項之方法所製成的輕質連 績性開放多通孔型㈣體介f，其特徵在於i且有大比 =?之低比重'高度透氣性'貫她隙和良 連續性開放多通孔 心體，並為連續性 19·根據申請專利範圍第μ項之輕質 型陶竞體介質，其特徵為其内部為空 開放孔洞。 17 2〇;種使用申請專職圍第7-17項巾任—項之方法所 I成的輕質連續性開放多通孔型陶瓷體介質。 、種申明專利範圍第18或19項之輕質連續性開放多 L孔5L陶瓷體介質在高溫過濾材、高溫消音裝置、生技 養殖、污水處理、和线生物流化床中作為生物接觸滤 材之用途。 22.-種申請專㈣㈣2G項之”連續性開放多通孔 型陶兗體介質在生技養殖、污水處理、和空氣生物流化 床中作為生物性接觸濾材之用途。