專利名稱：利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種以成分為特征的陶瓷組合物，具體涉及ー種利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
粉煤灰是火力發(fā)電廠排放的固體廢物，近年來，由于它的大量堆積對(duì)環(huán)境造成了巨大的壓力。它是一定細(xì)度的煤粉在鍋爐中燃燒(1100 1500°C )后，由除塵器收集到的粉狀物質(zhì)，又稱“飛灰”。它的物相以玻璃質(zhì)微珠為主，其次為結(jié)晶相，主要結(jié)晶相為莫來石、 石英剛玉、磁鐵礦等。自二十世紀(jì)六十年代以來各國(guó)就已經(jīng)開始研究利用粉煤灰生產(chǎn)多孔陶瓷材料。已有報(bào)道這種材料作為ー種新型水處理材料，含油廢水處理的過濾材料，代替?zhèn)鹘y(tǒng)水處理中深度處理用濾料等。但這種材料因含有大量的玻璃相而使材料的耐高溫使用性能差，有文獻(xiàn)和專利報(bào)道了高純氧化鋁、ニ氧化硅和氟化硅氣體反應(yīng)形成具有較高氣孔率、 良好的耐高溫性能和抗熱震性能的多孔莫來石質(zhì)陶瓷。這類多孔莫來石質(zhì)陶瓷成本較高， 且通過含氟氣體控制反應(yīng)使合成過程難于控制并有一定的危險(xiǎn)性。于是如何制備成本低、 エ藝簡(jiǎn)單、高性好的多孔莫來石陶瓷是亟待解決的問題。莫來石，作為ー種重要的傳統(tǒng)和先進(jìn)陶瓷材料，備受社會(huì)關(guān)注。它具有優(yōu)良的熱學(xué)和機(jī)械性能，如低的熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)熱系數(shù)；高的斷裂韌性和高溫抗折強(qiáng)度；高的耐熱沖擊性；低的介電常數(shù)和介電損耗；很強(qiáng)的耐酸堿腐蝕能力等等。多孔莫來石陶瓷可應(yīng)用于有耐熱性和耐腐性要求的窯爐耐火材料、各種陶瓷燒成用窯具如匣鉢、棚板等，以及金屬熔液用過濾器、廢氣凈化用催化載體等領(lǐng)域。目前在過濾和催化領(lǐng)域使用的多孔陶瓷主要為碳化硅質(zhì)和堇青石質(zhì)。前者成本高，能耗大；后者耐熱性能差，易產(chǎn)生熱斑。莫來石質(zhì)可降低多孔陶瓷成本，并使其具有較好的耐熱性能和較小的能耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供ー種利用固體污染物粉煤灰制備的多孔過濾材料，達(dá)到節(jié)能減排，綠色環(huán)保的目的，同時(shí)提供一種エ藝簡(jiǎn)單，制備的多孔過濾材料孔徑級(jí)配合理，孔分布均勻，莫來石含量高，耐高溫性能好，適合于高低溫多種應(yīng)用要求的多孔過濾材料的制備方法。本發(fā)明通過對(duì)煤炭燃燒后產(chǎn)生的粉煤灰直接進(jìn)行利用，利用粉煤灰中的主要成分是氧化鋁和氧化硅，通過加入少量的粘結(jié)劑和造孔劑使價(jià)值低廉的粉煤灰變成高價(jià)值的多孔莫來石陶瓷過濾材料。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。ー種利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其原料成分及其質(zhì)量百分比含量為 30 40wt%的粉煤灰，50 60wt%的鋁礬土，5 15wt%的エ業(yè)氟化鋁。所述粉煤灰中含有Al2O3彡35wt%,Si02彡53wt%, Fe2O3彡所述鋁礬土中含有 Al2O3 彡 70wt %，SiO2 彡 IOwt %，F(xiàn)e2O3 く 0. 5wt %。所述粉煤灰為山西神頭發(fā)電廠的粉煤灰。
所述鋁礬土為山西省陽(yáng)泉市中陽(yáng)耐火材料廠的鋁礬土。利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料的制備方法，具有如下步驟(1)配料按原料成分及其質(zhì)量百分比含量為30 40wt%的粉煤灰，50 60wt%的鋁礬土，5 15wt%的エ業(yè)氟化鋁進(jìn)行配料，混合球磨至中位粒徑彡10 μ m ；干燥后再加入固相總含量的30 40wt%淀粉和固相總含量的5%分散劑聚乙ニ醇混合，再加入適量水調(diào)整總固相含量達(dá)到70wt%，球磨，使各物料分散均勻；⑵注模成型將步驟(1)的混合漿料注入預(yù)熱后的模具，在80°C加熱固化，脫模后于100°C下干燥，制成多孔莫來石陶瓷坯體；(3)燒成將步驟(2)干燥后的坯體在高溫爐中大氣環(huán)境下燒成，以5°C /min的升溫速度加熱至4000C保溫0. 5h，再以10°C /min速度加熱至1300°C 1500°C，保溫2 4h，自然冷卻， 制成多孔莫來石陶瓷。本發(fā)明的有益效果是，提供了ー種利用燃燒后產(chǎn)生的固體污染物粉煤灰制備的多孔過濾材料，本發(fā)明通過加入少量的粘結(jié)劑和造孔劑使價(jià)值低廉的粉煤灰變成高價(jià)值的多孔莫來石過濾材料，在減少固體廢棄物和空氣污染的同吋，實(shí)現(xiàn)了粉煤灰的高值利用。本發(fā)明的多孔過濾材料孔徑級(jí)配合理，孔分布均勻，莫來石含量高，耐高溫性能好，適合于高低溫多種應(yīng)用要求。本發(fā)明不僅可用于過濾和吸附有毒氣體或者離子的環(huán)境領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于復(fù)合材料領(lǐng)域，對(duì)于陶瓷基多孔過濾材料等研究有著深遠(yuǎn)而廣泛的意義。


圖1是本發(fā)明多孔莫來石過濾材料的XRD圖；圖2是本發(fā)明多孔莫來石過濾材料的SEM圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1選用磁選30wt%的粉煤灰、55wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入15wt% AlF3,球磨干燥后，外加30wt%淀粉，5wt%聚乙ニ醇，再加入去離子水，體系固相含量為70wt%。球磨 30min，將料漿注入尺寸為15mmX25mmX140mm模具中成型，并在恒溫干燥箱中80°C固化， 脫模后繼續(xù)在100°C烘干至恒重。再將坯體置于高溫爐中，以5°C /min的升溫速度加熱至 400°C保溫0. 5h，再以10°C /min速度加熱至1500°C，保溫濁，得到多孔莫來石過濾材料。圖 1與圖2均來自實(shí)施例1，圖1表示該陶瓷的主要晶相為莫來石相，圖2表示該陶瓷具有多孔結(jié)構(gòu)。將制得的多孔莫來石過濾材料采用排水法測(cè)定氣孔率，測(cè)定方法參見《多孔功能陶瓷制備與應(yīng)用》，化學(xué)エ業(yè)出版社，2006年第一版教材；抗彎強(qiáng)度、孔道直徑、耐酸性分別按GB/T 1965-1996，GB/T 1967-1996，GB/T 1970-1996測(cè)定；水淬法測(cè)定其抗熱沖擊性，以 1000°C 20°C水冷循環(huán)4次，以強(qiáng)度變化百分?jǐn)?shù)表征；各項(xiàng)性能測(cè)定結(jié)果詳見表1。實(shí)施例2
4
選用磁選30wt%的粉煤灰、60wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入IOwt % AlF3,球磨干燥后，外加30wt%淀粉，燒制溫度為1400°C，其它エ藝條件完全同于實(shí)施例1。各項(xiàng)性能測(cè)定結(jié)果詳見表1。實(shí)施例3選用磁選30wt%的粉煤灰、65wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入5wt% AlF3,球磨干燥后，外加30wt%淀粉，燒制溫度為1400°C，其它エ藝條件完全同于實(shí)施例1。各項(xiàng)性能測(cè)定結(jié)果詳見表1。實(shí)施例4選用磁選的粉煤灰、58wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入8wt% AlF3,球磨干燥后，外加20wt%淀粉，燒制溫度為1400°C，其它エ藝條件完全同于實(shí)施例1。各項(xiàng)性能測(cè)定結(jié)果詳見表1。實(shí)施例5選用磁選的粉煤灰、58wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入8wt% AlF3,球磨干燥后，外加30wt%淀粉，燒制溫度為1400°C，其它エ藝條件完全同于實(shí)施例1。各項(xiàng)性能測(cè)定結(jié)果詳見表1。實(shí)施例6選用磁選的粉煤灰、58wt%的鋁礬土進(jìn)行配料，加入8wt% AlF3,球磨干燥后，外加40wt%淀粉，燒制溫度為1400°C，其它エ藝條件完全同于實(shí)施例1。各項(xiàng)性能測(cè)定結(jié)果詳見表1。表 權(quán)利要求
1.ー種利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其原料成分及其質(zhì)量百分比含量為30 40wt%的粉煤灰，50 60wt%的鋁礬土，5 15wt%的エ業(yè)氟化鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其特征在干，所述粉煤灰中含有 Al2O3 彡 35wt%, SiO2 彡 53wt%, Fe2O3 彡 3wt% ；所述鋁礬土中含有 Al2O3 彡 70wt%, SiO2 彡 1 Owt%, Fe2O3 く 0. 5wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其特征在干，所述粉煤灰為山西神頭發(fā)電廠的粉煤灰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其特征在干，所述鋁礬土為山西省陽(yáng)泉市中陽(yáng)耐火材料廠的鋁礬土。
5.權(quán)利要求1的利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料的制備方法，具有如下步驟(1)配料按原料成分及其質(zhì)量百分比含量為30 40wt%的粉煤灰，50 60wt%的鋁礬土， 5 15wt%的エ業(yè)氟化鋁進(jìn)行配料，混合球磨至中位粒徑< 10 μ m;干燥后再加入固相總含量的30 40wt%淀粉和固相總含量的5%分散劑聚乙ニ醇混合，再加入適量水調(diào)整總固相含量達(dá)到70wt%，球磨，使各物料分散均勻；(2)注模成型將步驟(1)的混合漿料注入預(yù)熱后的模具，在80°C加熱固化，脫模后于100°C下干燥， 制成多孔莫來石陶瓷坯體；(3)燒成將步驟( 干燥后的坯體在高溫爐中大氣環(huán)境下燒成，以5°C /min的升溫速度加熱至 400°C保溫0. 5h，再以10°C /min速度加熱至1300°C 1500°C，保溫2 4h，自然冷卻，制成多孔莫來石陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用粉煤灰為原料的多孔過濾材料，其原料成分及其質(zhì)量百分比含量為30～40wt％的粉煤灰，50～60wt％的鋁礬土，5～15wt％的工業(yè)氟化鋁。制備方法是先按上述配方配料，混合球磨至中位粒徑≤10μm，干燥后與固相總含量30～40wt％的淀粉和原料總質(zhì)量5％的分散劑聚乙二醇混合，加入適量水調(diào)整總固相含量達(dá)到70wt％，球磨使各物料分散均勻；注模成型；再于1300℃～1500℃燒成。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了粉煤灰的高值利用，莫來石含量高，耐高溫性能好，孔徑級(jí)配合理，孔分布均勻，本發(fā)明可用于過濾和吸附有毒氣體或者離子環(huán)境以及復(fù)合材料領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C04B38/00GK102557711SQ201110402859
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者李世慧, 杜海燕, 楊鐸, 許睿 申請(qǐng)人:天津大學(xué)