本發(fā)明屬于竹炭陶瓷加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種竹炭膨潤(rùn)土復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

竹炭是一種優(yōu)秀的吸附材料，具有孔洞多、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，而且竹炭原料竹子生長(zhǎng)期短、來源豐富，使竹炭被廣泛應(yīng)用于水處理和空氣過濾等領(lǐng)域。申請(qǐng)?zhí)枮?01410500179.7的發(fā)明創(chuàng)造公開了一種零價(jià)鐵包覆竹炭基多孔陶粒及其制備方法和應(yīng)用，其以α-Al2O3粉料為陶粒主體骨料，粘土及膨潤(rùn)土為副骨料，表面活化處理后的竹屑為竹炭制備材料與造孔劑進(jìn)行聯(lián)用制孔，無需添加燒結(jié)助劑或粘結(jié)劑，在400～600℃下采用分級(jí)燒結(jié)一次性成型得到竹炭基多孔陶粒，然后通過包覆材料的還原包覆過程，制得零價(jià)鐵包覆竹炭基多孔陶粒產(chǎn)品。該方案對(duì)煙道氣、重金屬廢水、含酚廢水、乳化油廢水、印鈔及印染廢水等生物難降解廢氣和廢水處理效果良好。但是其成分復(fù)雜，加工工藝復(fù)雜，加工成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種竹炭膨潤(rùn)土復(fù)合陶瓷材料及其制備方法，其具有較強(qiáng)吸附能力較高抗壓強(qiáng)度，而且制作工藝簡(jiǎn)單、環(huán)保。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種竹炭膨潤(rùn)土復(fù)合陶瓷材料，由下列重量份的原料制備而成：竹粉1-9份、膨潤(rùn)土1-9份。

作為優(yōu)化的方案，該復(fù)合陶瓷材料由下列重量份的原料制備而成：竹粉7份、膨潤(rùn)土3份。

該竹炭膨潤(rùn)土復(fù)合陶瓷材料的制備方法包括以下步驟：

(1)將竹粉在60-80℃烘干1-2小時(shí)，過200目篩；

(2)將膨潤(rùn)土60-80℃烘干1-2小時(shí)，過200目篩；

(3)將過篩后得到的竹粉和膨潤(rùn)土按竹粉7重量份、膨潤(rùn)土3重量份的比例混合得到原料粉；

(4)將原料粉與水混合后球磨，得到漿料，將漿料置于真空中除去氣泡；

(5)將除去氣泡后的漿料，靜置熟化12-24小時(shí)，然后倒入擠出式造粒機(jī)造粒成型，得到顆粒生坯；

(6)將生坯在90-110℃干燥4-6小時(shí)，然后在惰性氣體保護(hù)下，先以5℃/min的速度升溫，當(dāng)溫度升到600℃，保溫1小時(shí)；再以8℃/min的速度升溫，當(dāng)溫度升到950℃，保溫0.5小時(shí)；然后停止加熱，隨爐冷卻到室溫，即可。

作為改進(jìn)，所述步驟(4)中，原料粉與水的重量之比為1∶1.0-1.1。

現(xiàn)有技術(shù)中，含有竹子和膨潤(rùn)土兩者成分的相關(guān)產(chǎn)品中，竹子一般先燒成炭后再與膨潤(rùn)土及其他成分燒結(jié)，而本發(fā)明是將膨潤(rùn)土與未經(jīng)炭化的竹粉同時(shí)燒結(jié)，僅用兩種成分，在不需要其他成分添加的前提下，制備得到了孔洞多、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的陶瓷材料，而且具有較高的抗壓強(qiáng)度。竹粉分散性好，燒結(jié)過程中易破碎、易自發(fā)活化，使其具有較大比表面積。竹粉由竹炭纖維單體及竹炭纖維束組成，陶瓷燒結(jié)過程中原竹纖維易破碎成片，竹纖維碎片在其他材料的粘接作用下互相交錯(cuò)支撐，形成復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中充滿孔洞，所以具有較大的孔隙率。竹粉用作陶瓷原料還具有充當(dāng)陶瓷骨架的作用，一定程度上增強(qiáng)了陶瓷強(qiáng)度。膨潤(rùn)土本身也具有一定吸附能力，常用于水處理，又具有粘性，燒結(jié)后具有一定硬度，起骨架作用。本申請(qǐng)另一突出優(yōu)點(diǎn)是：加工工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)過程即實(shí)現(xiàn)自活化效果，省去了化學(xué)試劑活化活性炭的步驟，生產(chǎn)過程不涉及其他環(huán)境有害物質(zhì)，即經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。

附圖說明

圖1為竹粉的電鏡圖，圖中經(jīng)電鏡觀察，竹粉主要由竹絲纖維及竹絲纖維束構(gòu)成，其中竹絲纖維單體直徑范圍約為10-20微米，長(zhǎng)度范圍約為20-500微米，竹絲纖維束直徑大部分分布在25-100微米范圍，長(zhǎng)度范圍約為50-300微米，另有少量竹纖維碎屑長(zhǎng)度小于20微米。

圖2、3為復(fù)合陶瓷材料粉末的電鏡圖，圖中竹炭纖維破碎充分，碎片在膨潤(rùn)土粘結(jié)下構(gòu)建了復(fù)雜的多孔結(jié)構(gòu)，造成了較大的孔隙率和比表面積，同時(shí)竹碳纖維碎片互相交錯(cuò)，空間上互相支撐，對(duì)強(qiáng)度有增強(qiáng)作用。

圖4、5、6為復(fù)合陶瓷材料粉末中竹炭纖維碎片的電鏡圖，圖中竹碳纖維碎片有明顯的復(fù)雜多面結(jié)構(gòu)，增加了比表面面積，增大了吸附能力，證明竹炭活化充分，纖維碎片活性高。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種竹炭膨潤(rùn)土復(fù)合陶瓷材料，由下列重量份的原料制備而成：竹粉1-9份、膨潤(rùn)土1-9份。在本實(shí)施例中，其配比為：竹粉7份、膨潤(rùn)土3份。

該竹炭膨潤(rùn)土復(fù)合陶瓷材料的制備方法包括以下步驟：

(1)將竹粉在60-80℃烘干1-2小時(shí)，過200目篩；竹粉的電鏡圖如圖1所示。

(2)將膨潤(rùn)土60-80℃烘干1-2小時(shí)，過200目篩；

(3)將過篩后得到的竹粉和膨潤(rùn)土按竹粉7重量份、膨潤(rùn)土3重量份的比例混合得到原料粉；

(4)將原料粉與水按1∶1.0-1.1的重量比混合，之后球磨，得到漿料，將漿料置于真空中除去氣泡；

(5)將除去氣泡后的漿料，靜置熟化12-24小時(shí)，然后倒入擠出式造粒機(jī)造粒成型，得到顆粒生坯；

(6)將生坯在90-110℃干燥4-6小時(shí)，然后在惰性氣體保護(hù)下，先以5℃/min的速度升溫，當(dāng)溫度升到600℃，保溫1小時(shí)；再以8℃/min的速度升溫，當(dāng)溫度升到950℃，保溫0.5小時(shí)；然后停止加熱，隨爐冷卻到室溫，即可。

經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備得到的產(chǎn)品的性能參數(shù)如下：

比表面積大于160m²/g；抗壓強(qiáng)度大于15.3Mpa；孔隙率大于70％，過濾速度33ml/hr.cm²(水位落差300mm)。

產(chǎn)品經(jīng)EDS能譜檢測(cè)，結(jié)果如下：

kV 20.0

TakeoffAngle 35.0°

Elapsed Livetime 30.0

從表中可看出：陶瓷主要由碳氧硅及少量的鋁元素和微量的鎂構(gòu)成，碳含量在25％左右。

將所得產(chǎn)品研磨后，電鏡下觀察。復(fù)合陶瓷材料粉末的電鏡圖如圖2、圖3所示，復(fù)合陶瓷材料粉末中竹炭纖維碎片的電鏡圖如圖4、圖5、圖6所示。

應(yīng)用實(shí)例：

1.取10g左右陶瓷顆粒裝入50ml高約50cm玻璃管中，下端以少量玻璃纖維堵住出口。

2.配制20mg/L六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)液，并在管口上方勻速加入玻璃管，控制流速，勿使溢出，管口下用潔凈燒杯承接濾液。

3.連續(xù)加入200ml六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)液后，待濾液基本流凈，取樣。

4.以二苯碳酰二肼法測(cè)濾液六價(jià)鉻濃度，并計(jì)算去除率。

結(jié)果：多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得六價(jià)鉻的有效去除率在95％到100％之間。

實(shí)施例2

一種竹炭膨潤(rùn)土復(fù)合陶瓷材料，由下列重量份的原料制備而成：竹粉1-9份、膨潤(rùn)土1-9份。在本實(shí)施例中，其配比為：竹粉8份、膨潤(rùn)土2份。

制備及實(shí)驗(yàn)方法參照實(shí)施例1。

經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備得到的產(chǎn)品的性能參數(shù)如下：

比表面積大于200m²/g；抗壓強(qiáng)度大于10.3Mpa；孔隙率大于70％，過濾速度大于35ml/hr.cm²(水位落差300mm)。六價(jià)鉻的有效去除率在98％到100％之間。

減小膨潤(rùn)土比例，增加竹粉比例使陶瓷材料比表面積增加，吸附能力增強(qiáng)，但強(qiáng)度降低。

實(shí)施例3

一種竹炭膨潤(rùn)土復(fù)合陶瓷材料，由下列重量份的原料制備而成：竹粉1-9份、膨潤(rùn)土1-9份。在本實(shí)施例中，其配比為：竹粉4份、膨潤(rùn)土7份。

制備及實(shí)驗(yàn)方法參照實(shí)施例1。

經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備得到的產(chǎn)品的性能參數(shù)如下：

比表面積大于80m²/g；抗壓強(qiáng)度大于18.3Mpa；孔隙率大于50％，過濾速度大于30ml/hr.cm²(水位落差300mm)。六價(jià)鉻的有效去除率在80％到90％之間。

增加膨潤(rùn)土比例，減小竹粉比例使陶瓷材料比表面積減小，吸附能力小幅降低，但抗壓強(qiáng)度增加。