一種梯度多孔堇青石陶瓷的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷制備領域，涉及一種梯度多孔堇青石陶瓷的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業(yè)的高速發(fā)展，大量的有害高溫煙氣被排放，造成了嚴重的環(huán)境污染和大量霧霾，不僅已經嚴重影響了人們的身心健康，而且還嚴重地制約了工業(yè)的進一步發(fā)展。因此，制備用于高溫含塵氣體凈化的多孔材料對于環(huán)境保護、節(jié)約能源、實現社會的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。
[0003]堇青石是一種硅酸鹽礦物質，其理論組成為2Mg0.2A1203.5Si02，具有熱膨脹系數低、抗熱震性優(yōu)異和化學穩(wěn)定性較好等優(yōu)異的性能，是適合用于高溫含塵氣體凈化的多孔材料。目前對堇青石多孔陶瓷方面的研究，主要是針對孔隙率的提高而對孔徑要求較少，更不用說形成及具有梯度多孔結構的堇青石陶瓷。該方面的研究還未見報道。
[0004]綜上所述，目前關于梯度多孔堇青石陶瓷的制備存在兩個問題:(1)關于梯度多孔的結構形成；(2)缺少對孔徑大小及分布的研究。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單且易于工藝控制的一種梯度多孔堇青石陶瓷的制備方法。同時，在原有的制備堇青石多孔陶瓷的基礎上，基于生物質材料(稻殼、秸桿等)的結構存在差異，制備出一種梯度多孔堇青石陶瓷。
[0006]技術方案:本發(fā)明提供了一種梯度多孔堇青石陶瓷的制備方法，包括以下步驟:
[0007]1)將含鎂化合物、含鋁化合物、煤矸石與生物質粉混合，按質量份數計，各組分配比為含鎂化合物7?28份、含鋁化合物17?24份、煤矸石17?50份、生物質粉23?42份，再加入添加劑，混合均勾，加入適量5% (重量比)聚乙烯醇溶液，研磨造粒，過篩，得到混合料；
[0008]2)選擇不同的生物質粉，重復上述步驟，得到由不同生物質粉組成的混合料；
[0009]3)將上述不同的混合料，依次分層裝入模具內；裝填后跳振；模壓成型，得到混合坯體；
[0010]4)將上述混合坯體在高溫爐內進行燒結，隨爐冷卻，得到梯度多孔堇青石陶瓷。
[0011]具體的，上述制備步驟中所述的含鎂化合物為氧化鎂或滑石；所述的含鋁化合物為氧化鋁或氫氧化鋁。
[0012]所述的生物質粉是將棉桿、稻殼、玉米桿、稻桿或麥桿，浸泡于體積分數為10%的鹽酸溶液中，直至完全浸透，再沸煮lh，最后用蒸餾水清洗，烘干，粉磨后得到。所述的生物質粉粒徑小于2.0 μ m。
[0013]上述制備步驟中所述的添加劑選為晶種堇青石、1102、1^02、]^1203、制203中的一種，按重量份數計，所述添加劑的用量為0?2份，優(yōu)選2份。
[0014]本發(fā)明的特點在于，通過不同的生物質粉組成不同的混合料，然后將不同的混合料疊層裝填，疊層的層數為2層或2層以上，優(yōu)選2?5層。疊層的次序為:不同種混合料按其生物質粉碳硅比依次增加或生物質自身孔結構的依次增大來裝填。不同種生物質粉碳硅比的測定，用燒失量法及定碳儀測定坯料C的質量，用X熒光光譜儀測定Si的質量。生物質自身孔結構，通過掃描電鏡圖和孔徑分布分析，依次增大順序為棉桿、稻殼、玉米桿、稻桿、麥桿。
[0015]以兩層為例，可以是一層為含稻殼的混合料；另一層為含玉米桿的混合料。以三層結構為例，可以是上層含玉米桿的混合料，中層含稻桿的混合料，下層含麥桿的混合料。以四層結構為例，各層依次可為:含稻殼的混合料、含玉米桿的混合料、含稻桿的混合料、含麥桿的混合料。以五層結構為例，各層依次為:含棉桿的混合料、含稻殼的混合料、含玉米桿的混合料、含稻桿的混合料、含麥桿的混合料。
[0016]各層混合料的物料比(重量)，對于雙層結構來說，物料比為(0.5?2):1，優(yōu)選1:1。對于三層結構來說，物料比為(0.5?2):(0.5?2):1，優(yōu)選1:1:1。對于四層結構來說，物料比為(0.5?2):(0.5?2): 1:1，優(yōu)選1:1:1:1。
[0017]所述的跳振為將模具固定于振實臺上，上下振動，振動1?5個周期(一個周期為60次/分鐘)，對于雙層結構來說，3?4個周期較好；對于多層結構來說，2?3個周期較好。
[0018]所述的模壓成型，施加壓力為5?20MPa。
[0019]所述的燒結，升溫至1250?1380 °C進行燒結，保溫2?5h。
[0020]有益效果:
[0021](1)本發(fā)明研制出每層都具有梯度變化的互相貫通開口氣孔結構，且相鄰兩層間形成過渡梯度層的梯度多孔堇青石陶瓷。
[0022](2)本發(fā)明所用原料主要為農業(yè)廢棄物廢料，生產成本低廉。
[0023](3)本發(fā)明的目的是通過一步成型低溫燒結法，工藝簡單，成本低廉的方法制備梯度多孔堇青石陶瓷。
【具體實施方式】
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[0024]以下參照具體的實施例來說明本發(fā)明。本領域技術人員能夠理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，其不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0025]下述實施例中所用的原料、試劑材料等，如無特殊說明，均為市售購買產品。
[0026]在本【具體實施方式】中:生物質預處理后經球磨，其中位粒徑小于2.0 μπι。以下實施例中不再贅述。
[0027]實施例1
[0028]原料制備:稻殼采用體積分數為10%的鹽酸溶液浸泡至完全浸透再沸煮lh，最后用蒸餾水清洗，烘干后用行星磨對其粉磨3h，制備成稻殼粉；按上述方法用稻桿制得稻桿粉；
[0029]混料:將MgO、A1 (0H) 3、煤矸石、稻殼粉按質量比7:24:43:26稱量，與外加2份堇青石晶種混合均勻，加入5% (重量比)聚乙烯醇溶液，研磨造粒，過120目篩，得到混合坯料A ;按上述方法用Mg0、Al(0H)3、煤矸石、稻桿粉按質量比7:24:43:26稱量，與外加2%堇青石晶種得到混合坯料B;
[0030]成型:稱量坯料A與B質量比1:1，依次裝填，在振實臺上跳振3個周期；再將混合料在8MPa下模壓成型，得到坯體；
[0031]燒成:將坯體烘干后放入坩禍內，并將坩禍置于高溫爐中，升溫至1350°C保溫2h，得到梯度多孔堇青石陶瓷。
[0032]性能測試:采用三點彎曲法測得其抗彎強度為24.39MPa，采用阿基米德排水法測得具有梯度多孔結構的堇青石陶瓷的氣孔率為43.36%，孔徑范圍為1?33 μm。
[0033]實施例2
[0034]原料制備:玉米桿采用體積分數為10%的鹽酸溶液浸泡至完全浸透再沸煮lh，最后用蒸餾水清洗，烘干后用行星磨對其粉磨3h，制備成玉米桿；按上述方法用稻桿制得稻桿粉；按上述方法用麥桿制得麥桿粉；
[0035]混料:將滑石、A1203、煤矸石、玉米桿粉按質量比28:19:18:35稱量并混合均勻，加Λ5% (重量比)聚乙烯醇溶液，研磨造粒，過120目篩，得到混合坯料A ;按上述方法用滑石、A1203、煤矸石、稻桿粉按質量比28:20:16:36稱量得到混合坯料B ;按上述方法用滑石、A1203、煤矸石、麥桿粉按質量比28:19:17:36稱量得到混合坯料C ;
[0036]成型:稱量坯料A、B與C質量比1:1:1，依次裝填，在振實臺上跳振2個周期；再將混合料在lOMPa下模壓成型，得到坯體；
[0037]燒成:將坯體烘干后放入坩禍內，并將坩禍置于高溫爐中，升溫至1380°C保溫3h，得到梯度多孔堇青石陶瓷。
[0038]性能測試:采用三點彎曲法測得其抗彎強度為22.48MPa，采用阿基米德排水法測得具有梯度多孔結構的堇青石陶瓷的氣孔率為40.92%，孔徑范圍為3?35 μm。
[0039]實施例3
[0040]原料制備:棉桿采用體積分數為10%的鹽酸溶液浸泡至完全浸透再沸煮lh，最后用