專利名稱：一種凹凸棒石/稻草復合材料及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)副產(chǎn)品的回收再利用，具體地說是ー種凹凸棒石/稻草復合材料及其制備方法和用途。
ニ背景技術：
在當今社會持續(xù)發(fā)展的進程中，人口膨脹、資源短缺和環(huán)境惡化越來越嚴重，已經(jīng)逐漸成為制約人類發(fā)展的三大瓶頸。在過去，人們研究材料吋，僅僅單一追求材料的高性能，而很少去考慮材料生產(chǎn)制造的本身對人類環(huán)境的影響，即材料的環(huán)境協(xié)調性。環(huán)境協(xié)調性指資源、能源消耗少，無污染，可以再循環(huán)或再生利用。材料的開采與生產(chǎn)過程是當今社會資源、能源消耗和環(huán)境嚴重污染的源頭，它直接影響著人類社會的生存以及人類社會是否能持續(xù)發(fā)展，環(huán)境材料就是在這樣的背景下提出來的。·稻草作為ー種普遍的農(nóng)作物廢棄物，其傳統(tǒng)的處理方法是在田間地頭焚燒，這種處理方法不僅嚴重污染空氣，而且導致了土壌微生物的死亡、土地變硬板結、土壌肥力下降、化肥用量増加等不良后果。處理含酚等廢水的方法有物理法、化學法、生物法等，目前國內(nèi)外主要采用吸附法來處理此類エ業(yè)廢水。活性炭作為ー種常見的吸附劑，雖然具有很大的吸附容量，但活性炭本身價格較高，若只使用一次就丟棄極不經(jīng)濟，造成資源浪費，成本増加。目前市場上現(xiàn)有的大孔樹脂價格昂貴，吸附容量不高，在穩(wěn)定性和機械強度上也不夠理想。而磷酸鋁、水合ニ氧化鈦等作為常見吸附劑，雖然操作簡單，處理效果好，但價格昂貴且吸附容量小，較少用于エ業(yè)廢水處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在提供ー種凹凸棒石/稻草復合材料及其制備方法和用途，所要解決的技術問題是通過農(nóng)副產(chǎn)品的回收再利用提供ー種穩(wěn)定性好、機械強度高、吸附容量大的エ業(yè)廢水吸附劑。本發(fā)明采用的技術方案如下本發(fā)明凹凸棒石/稻草復合材料，其特征在于其原料構成為凹凸棒石30-50g，稻草 100-150g，粘結劑 60_90mL，固化劑 25_40mL。所述粘結劑為熱固性酚醛樹脂；一般廠家生產(chǎn)熱固性酚醛樹脂時都會針對具體型號的熱固型酚醛樹脂提供配套的固化劑，本發(fā)明所述固化劑即為所述熱固性酚醛樹脂的配套固化劑。本發(fā)明凹凸棒石/稻草復合材料的制備方法，包括混料、浸潰、熱壓和燒結各単元過程所述混料是將粉碎并過40目篩的稻草粉料100_150g、粉碎并過120目篩的凹凸棒石粉料30-50g和粘結劑60-90mL混合得混合料a ；所述浸潰是向所述混合料中加入60-90mL酒精以及25_40mL固化劑，攪拌均勻后自然干燥24小時，再于70-90°C干燥20-40min得混合料b ；將混合料b熱壓成型后在惰性氣體保護下或在真空條件下于850-950°C高溫燒結2-4小時，冷卻后即可。熱壓成型的熱壓溫度為70-90°C，熱壓時間6-10min，壓カ4_6MPa。高溫燒結時的升溫速率為4°C /min。本發(fā)明凹凸棒石/稻草復合材料在エ業(yè)含酚廢水中作為吸附劑使用。本發(fā)明基于稻草制備的納米礦物環(huán)境材料是ー種采用木質材料浸潰熱固性樹脂后真空或氮氣保護下碳化而成的ー種新型多孔質碳素材料，其將材料的先進性、舒適性及環(huán)境協(xié)調性有效結合起來，從而減輕材料制備過程的環(huán)境負擔，是ー種典型的環(huán)境材料。
·
本發(fā)明利用廢棄的稻草作為原材料生產(chǎn)復合材料，不僅對減少環(huán)境污染具有重要意義，而且可以開發(fā)出新型環(huán)境友好型復合材料，對于資源循環(huán)利用以及環(huán)境保護具有十分重要的意義。本發(fā)明復合材料在加工過程中不會產(chǎn)生環(huán)境污染，碳化過程中產(chǎn)生的木煤氣可以作為燃料加以利用，木醋液可以作為土壌的肥料。凹凸棒石粘土是我國特色非金屬礦產(chǎn)資源，它是ー種具有特殊鏈層狀分子結構的含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，呈現(xiàn)棒狀晶體形態(tài)，表現(xiàn)出納米效應、吸附活性和化學活性，在凹凸棒石復合材料應用方面具有很大的潛力。我國凹凸棒石儲量豐富，僅僅盱眙地區(qū)優(yōu)質凹凸棒石探明儲量就在6700萬噸以上，遠景資源總量達5億噸以上，占我國儲量的65-70%。另ー方面，凹凸棒石價格低廉，以它為原料制備環(huán)境復合材料，不僅可以保證エ業(yè)廢水吸附效果，而且可以降低生產(chǎn)成本，達到
雙層L局面。與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明首次以稻草為原料，用混合熱壓的方法制備出性能良好的凹凸棒石/稻草復合材料，避免了稻草廢棄物的環(huán)境污染，且實現(xiàn)了稻草資源化為稻草綜合利用開辟了新的方向和空間。本發(fā)明首次以稻草和凹凸棒石粘土復合，實現(xiàn)碳-碳化物-氧化物納米復合，提高了材料的強度，為稻草基復合材料生產(chǎn)提供新的途徑和思路。本發(fā)明提供了一種經(jīng)濟有效的苯酚廢水處理方法。苯酚是世界上公認的ー種高致癌物質，美國、日本和中國等都己將苯酚列入優(yōu)先治理的污染物之中，目前國內(nèi)外主要采用吸附法來處理含酚エ業(yè)廢水?；钚蕴績r格高，再生困難，吸附成本高。大孔樹脂價格昂貴，吸附容量不高，在穩(wěn)定性和機械強度上不夠理想。本發(fā)明制備的凹凸棒石/稻草復合材料是廢物再生材料，是ー種典型的環(huán)境材料。
四

圖I和圖2分別是凹凸棒石晶體的掃描電鏡照片和透射電鏡照片。圖3和圖4是本發(fā)明復合材料的掃描電鏡照片。圖5為本發(fā)明正交試驗的數(shù)據(jù)分析圖。
五具體實施例方式本發(fā)明實施例中使用的熱固性酚醛樹脂為合肥エ業(yè)大學化工廠生產(chǎn)，型號2127 ；所使用的配套固化劑為合肥エ業(yè)大學化工廠生產(chǎn)，型號NL。實施例I :復合材料的制備將稻草粉碎并過40目篩得稻草粉料，將凹凸棒石粉碎并過120目篩得凹凸棒石粉料，將稻草粉料180g、凹凸棒石粉料30g和IOOmL熱固性酚醛樹脂2127混合得混合料a ；向所述混合料中加入IOOmL質量濃度95%的こ醇溶液以及50mL固化劑NL，攪拌均勻后自然干燥24小吋，再于80°C干燥20-40min得混合料b ；將混合料b于80°C、壓カ5MPa條件下熱壓成型，壓制時間8min，然后在真空條件下于900°C高溫燒結3小吋，隨爐冷卻后即得復合材料，高溫燒結時的升溫速率為4°C /min。實施例2 本實施例的制備方法同實施例1，不同的是凹凸棒石30g，稻草150g，熱固性酚醛·樹脂80mL，酒精80mL，固化劑40m。實施例3 本實施例的制備方法同實施例1，不同的是凹凸棒石粉料30g，稻草粉料120g，熱固性酚醛樹脂70mL，酒精70mL，固化劑30mL。實施例4 本實施例的制備方法同實施例1，不同的是凹凸棒石粉料50g，稻草粉料150g，熱固性酚醛樹脂90mL，酒精90mL，固化劑40mL。實施例5 本實施例的制備方法同實施例1，不同的是凹凸棒石粉料50g，稻草粉料100g，熱固性酚醛樹脂60mL，酒精60mL，固化劑25mL。實施例6 :處理含酚エ業(yè)廢水取苯酚廢水溶液，加入本發(fā)明制備的復合材料，測量苯酚的吸附效果(吸附率)。測試方法取100-600mg的復合材料放入250mL錐形瓶中，量取50mL起始濃度范圍為100-400mg/L的苯酚廢水溶液，錐形瓶用保鮮膜封ロ后置于水浴恒溫振蕩器中在20-45°C振蕩60min，靜置5min后離心，用4-氨基安替比林直接光度法測定上層清液的吸光度，通過
苯酚的標準曲線的線性公式計算出苯酚處理后的濃度和去除率。
吸附帶 Q(mg/g)=VX 100%;
(CO-Cl)…ー，
去餘率( / )= 1—1 X I 00% a式中C0—原模擬廢水中苯酚的濃度，mg/L ;C1 一吸附后廢水中苯酚的濃度，mg/L ；m一吸附劑用量，mgo通過變量法，分別控制復合材料投加量、溶液溫度、溶液pH、苯酚廢水起始濃度等，以獲取最佳吸附條件。其中，吸附材料投加量范圍為100-600mg，溶液溫度范圍為20-45°C，溶液pH值范圍為2-11，溶液苯酚起始濃度范圍為100-400mg/L。正交試驗測試結果見表1，正交試驗的分析圖見圖I。從圖I可以看出，最佳吸附材料在投加量為500mg，溶液溫度為25°C，溶液苯酚起始濃度為150mg/L, pH值為2時,復合材料對苯酹廢水去除效果最好。將實施例1-5制備的復合材料按照最佳去除條件(投加量為500mg，溶液溫度為25°C，溶液苯酚起始濃度為150mg/L，pH為2)進行苯酚吸附的測試，結果見表2。從表2中可以看出，質量配比為凹凸棒石粉料30g、稻草粉料180g、粘結劑100mL、酒精IOOmL以及固化劑50mL制備的復合材料對苯酚廢水去除效果最好，吸附率達99. 5%。表I正交試驗測試結果
權利要求
1.一種凹凸棒石/稻草復合材料，其特征在于其原料構成為 凹凸棒石30-50g，稻草100-150g，粘結劑60-90mL，固化劑25_40mL。
2.根據(jù)權利要求I所述的復合材料，其特征在于 所述粘結劑為熱固性酚醛樹脂； 所述固化劑為所述熱固性酚醛樹脂配套的固化劑。
3.—種權利要求I所述的凹凸棒石/稻草復合材料的制備方法，包括混料、浸潰、熱壓和燒結各單元過程，其特征在于 所述混料是將粉碎并過40目篩的稻草粉料100-150g、粉碎并過120目篩的凹凸棒石粉料30-50g和粘結劑60-90mL混合得混合料a ； 所述浸潰是向所述混合料中加入60-100mL質量濃度85-95%的乙醇溶液以及25_40mL固化劑，攪拌均勻后自然干燥24小時，再于70-90°C干燥20-40min得混合料b ； 將混合料b熱壓成型后在惰性氣體保護下或在真空條件下于850-95(TC高溫燒結2-4小時，冷卻后即可。
4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于 熱壓成型的熱壓溫度為70-90°C，熱壓時間6-10min，壓力4_6MPa。
5.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于 高溫燒結時的升溫速率為4°C /min。
6.一種權利要求I所述的凹凸棒石/稻草復合材料的用途，其特征在于在工業(yè)含酚廢水中作為吸附劑的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了凹凸棒石/稻草復合材料及其制備方法和用途，其中凹凸棒石/稻草復合材料的原料構成為凹凸棒石30-50g，稻草100-150g，粘結劑60-90mL，固化劑25-40mL；所述粘結劑為熱固性酚醛樹脂；所述固化劑為所述熱固性酚醛樹脂配套的固化劑。本發(fā)明制得的環(huán)境材料不僅具有密度大、吸附性強、力學性能佳等優(yōu)點，而且對于資源循環(huán)利用以及環(huán)境保護具有十分重要的意義。
文檔編號C01B31/02GK102784620SQ20121028859
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權日2012年8月14日
發(fā)明者吳文濤, 聶志芳, 譚方良 申請人:合肥工業(yè)大學