蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種礦物材料，尤其是蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料，通過利用廉價的生物質(zhì)含碳原料在蛋白石上進行水熱炭化反應(yīng)，從而獲得廉價高效的多孔復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
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[0002]蛋白石頁巖(S12.ηΗ20)是由火山灰在空氣中激烈灼燒成的細小熾熱體落入湖底沉積，而后經(jīng)過漫長的地質(zhì)作用形成的，屬于高硅低鋁非晶質(zhì)礦物。由于粒度達到了粘土級，因此也被稱為蛋白土。蛋白石頁巖的主要成分是含水非晶質(zhì)S12材料，其活性優(yōu)于普通S12，而且具有比重小、頁狀層理、粒度細小均勻、結(jié)構(gòu)疏松多孔、表面電負性強、吸附性好等特點，是優(yōu)良的天然活性多孔材料。但是，由于成因較為特殊，目前我國頁巖中的蛋白石僅在黑龍江與內(nèi)蒙交界的嫩江流域和新疆的少數(shù)地區(qū)有產(chǎn)出。由于發(fā)現(xiàn)較晚并且產(chǎn)地相對集中，無論是基礎(chǔ)研宄還是產(chǎn)品開發(fā)都遠不如其他非金屬礦產(chǎn)。
[0003]自1983年北京大學(xué)任磊夫教授在齊嫩地區(qū)發(fā)現(xiàn)了由方英石、鱗石英、蛋白石組成的蛋白石輕質(zhì)頁巖以來，這種質(zhì)輕、低硬、易碎的蛋白土一直被當(dāng)做普通S12微粉或硅藻土來利用，主要用來生產(chǎn)助濾劑、水泥添加劑、抗凍融劑、吸附劑、礦物填料等，開發(fā)利用規(guī)模小，產(chǎn)品附加值低。完全忽略了蛋白石頁巖比傳統(tǒng)硅藻蛋白石更強烈的表面電場和其含水非晶質(zhì)多孔S12更優(yōu)異的反應(yīng)活性。由于該地區(qū)火山灰屬于高度貧鋁的酸性硅質(zhì)，且當(dāng)時噴發(fā)量巨大，落地后陸地在短時間內(nèi)不能供給大量粘土，因此沉積后形成的蛋白石頁巖中粘土礦物極少，且保持了火山灰原有的酸性，表面電負性很強。這種天然的含水非晶質(zhì)活性多孔S12材料，擁有比傳統(tǒng)硅藻蛋白石更強烈的表面電場和更優(yōu)異的表面活性，為后續(xù)的靜電復(fù)合提供了良好的基體材料。
[0004]但是，目前針對蛋白石頁巖自身活性特征進行的功能性開發(fā)還非常有限，已有的成果主要集中在廢水的脫色處理以及高分子材料中的釋放負離子添加劑方面，都是直接利用礦物原粉。如何能在材料復(fù)合過程中，對蛋白石特有的高孔隙率、高表面電荷、高表面活性的獨特優(yōu)勢充分加以利用，一直是蛋白石頁巖開發(fā)利用中亟待解決的問題。
[0005]人們在用生物質(zhì)水熱炭化法制備碳材料的過程中發(fā)現(xiàn)，溶液的pH值和離子強度會對合成產(chǎn)物產(chǎn)生較大影響。為了使炭化反應(yīng)順利進行，往往都需要向水熱體系中加入添加劑、催化劑等，或通過加入大量的酸將體系PH值維持在較低的范圍。這不僅增加了水熱炭化的成本，而且炭化后的廢液也會帶來新的環(huán)境問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生物質(zhì)碳源合成蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料；
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供一種生物質(zhì)碳源合成蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料的制備方法。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0009]一種蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料，是由下列原料按質(zhì)量配合比制備而成:
[0010]蛋白石頁巖與水的比例為0.005?0.15，
[0011]蛋白石頁巖與水溶性生物質(zhì)碳源中碳含量的比例為20?0.3。
[0012]所述的水溶性生物質(zhì)碳源為葡萄糖、淀粉或蔗糖中的任一種或2??3種。
[0013]蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0014]a、將蛋白石頁巖原礦按常規(guī)方法粉碎至< 100目、水洗浮選、沉降提純、烘干，所得蛋白石頁巖為粘土含量極少的方英石與非晶態(tài)活性S1jA混合物；
[0015]b、提純后的蛋白石頁巖研磨至< 100目后所得粉體即可直接使用，或?qū)⒃摲垠w在馬弗爐內(nèi)300?1000°C煅燒2?4h進行熱活化處理，改善蛋白石的表面活性；
[0016]C、漿料制備:將蛋白石頁巖粉體與水溶性生物質(zhì)碳源按20?0.3質(zhì)量比例分散于水中，蛋白石頁巖與水的質(zhì)量比為0.005?0.15，機械強力攪拌2?4h形成漿料；
[0017]d、將混合好的漿料轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，于150?300°C水熱炭化4?72h ;
[0018]e、自然冷卻后，打開反應(yīng)釜，離心洗滌至中性，60?80 V烘干得到蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料。
[0019]有益效果:本發(fā)明利用蛋白石頁巖表面的酸性，實現(xiàn)小分子水溶性生物質(zhì)碳源在礦物表面的自催化還原，利用蛋白石頁巖的多孔性將水熱固態(tài)產(chǎn)物富集在礦物周圍，從而在無其他添加劑、催化劑的情況下，一步水熱誘導(dǎo)廉價生物質(zhì)碳源，實現(xiàn)蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料的綠色合成，工藝簡單、成本低廉。與現(xiàn)有的單純蛋白石頁巖或水熱碳微球作為吸附材料相比，以蛋白石頁巖為基體制備的蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料具有更大的比表面積和更優(yōu)異的吸附性能。
【附圖說明】
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[0020]圖1為蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料的制備方法工藝流程圖:
[0021]圖2為蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料的掃描電鏡(SEM)形貌照片。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明:
[0023]本發(fā)明所述的蛋白石頁巖，也稱蛋白土，是指由火山灰落入湖底沉積形成的高硅低鋁礦物，具有頁狀層理、粒度細小、質(zhì)輕多孔等特點。目前，我國主要在黑龍江與內(nèi)蒙交界的嫩江流域和新疆的少數(shù)地區(qū)有產(chǎn)出。
[0024]一種蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料，是由下列原料按質(zhì)量配合比制備而成:
[0025]蛋白石頁巖與水的比例為0.005?0.15，
[0026]蛋白石頁巖與水溶性生物質(zhì)碳源中碳含量的比例為20?0.3。
[0027]所述的水溶性生物質(zhì)碳源為葡萄糖、淀粉或蔗糖中的任一種或2??3種。
[0028]蛋白石頁巖基碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0029]a、將蛋白石頁巖原礦按常規(guī)方法粉碎至< 100目、水洗浮選、沉降提純、烘干，所得蛋白石頁巖為粘土含量極少的方英石與非晶態(tài)活性S1jA混合物；
[0030]b、提純后的蛋白石頁巖研磨至< 100目后所得粉體即可直接使用，或?qū)⒃摲垠w在馬弗爐內(nèi)300?1000°C煅燒2?4h進行熱活化處理，改善蛋白石的表面活性；
[0031]c、漿料制備:將蛋白