[發明專利]一種用溶膠-凝膠法合成鐵鋁酸四鈣的方法

無效

• 申請號: 201210356518.X
• 申請日: 2012-09-24
• 公開（公告）號: CN102897843A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 孫振平;李奇;俞洋
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬建筑材料技術領域，具體涉及一種用溶膠-凝膠法合成鐵鋁酸四鈣的方法。

背景技術

水泥熟料主要是由硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣等礦物組成的固溶體。雖然鐵鋁酸四鈣在這四種礦物中所占比例較小，但是在煅燒熟料的過程中，它能降低熟料的熔融溫度和熔化成液體（在煅燒熟料過程中所出現的液體，統稱為液相）的粘度，有利于硅酸三鈣的生成。

鐵鋁酸四鈣作為硅酸鹽水泥熟料的重要組成部分，其含量一般為10%~18%（質量分數），其水化速度在早期介于鋁酸三鈣與硅酸三鈣之間，雖早期強度類似于鋁酸三鈣，但后期還能不斷增長，類似于硅酸三鈣。鐵鋁酸四鈣的水化熱較鋁酸三鈣低，且抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好，因此在制造抗硫酸鹽水泥或大體積工程用水泥時，適當提高鐵鋁酸四鈣含量是有利的。鐵鋁酸四鈣礦物的水化、凝結和硬化等行為，以及其在不同條件下所形成的水化產物微結構的差異，將對水泥基材料的使用性能產生重要影響。因此，在實驗室條件下合成高純度的鐵鋁酸四鈣并研究其水化以及水化產物凝膠微結構的形成過程，對于利用現代分析方法從納米尺度揭示水泥基材料的本構關系是必要的。

傳統的鐵鋁酸四鈣單礦物的合成是用固相合成法，即將一定化學計量比的各種氧化物粉磨并混合均勻，并在高溫下煅燒而成。根據相關資料，用固相合成發合成鐵鋁酸四鈣需要經過至少3次（每次6h）1320℃的高溫煅燒。用固相法，由于原料均為固態粉末狀混合，可能導致反應物混合不均勻，在煅燒過程中例子擴散困難，燒成溫度高、時間長、能耗大，并且產物純度不高。

近年來，隨著各種化學合成制備方法的發展，帶來了水泥熟料合成方法的革命。溶膠-凝膠方法是材料制備的重要方法，其在制備納米材料、薄膜、涂層材料、功能材料和纖維材料等領域有廣泛的應用。該方法利用液體化學試劑（或粉末溶于溶劑）為原料（高化學活性的含材料成分的化學物前驅體），在液相下將這些原料均勻混合，并進行一系列的水解、縮合的化學反應，在溶液中形成穩定的透明溶膠液體系；溶膠經過陳化，膠粒間緩慢聚合，形成以前驅體為骨架的三維聚合物或者是顆粒空間網絡，網絡中充滿失去流動性的溶劑，這就是凝膠；凝膠在經過干燥，脫去其間溶劑而形成一種多孔結構的干凝膠或氣凝膠；最后，經過燒結固化制備所需材料。溶膠-凝膠方法反應過程易于控制，化學計量準確，產物的純度很高。該方法的應用不但節省資源，而且對能源消耗少，同時在治理環境污染方面也將發揮重要的作用。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統合成鐵鋁酸四鈣單礦物中存在的問題，提供一種用溶膠-凝膠法合成鐵鋁酸四鈣的方法。

本發明提出的一種用溶膠-凝膠法合成鐵鋁酸四鈣的方法，具體步驟如下：

(1)按質量比精確稱取Ca(NO₃)₂·4H₂O、Al(NO₃)₃·9H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、一水合檸檬酸、乙二醇和水；

(2)反應物溶解：在磁力攪拌機上，以50~60℃加熱，將Ca(NO₃)₂·4H₂O、Al(NO₃)₃·9H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O分別加入水中，加熱攪拌20~30min至完全溶解，將三種溶液混合后備用；

(3)金屬陽離子的螯合：將一水合檸檬酸顆粒加入到步驟(2)制得的三種溶液的混合體中，加熱攪拌40~50min得到清澈的淡黃色溶液；

(4)酯化反應：將乙二醇加入到淡黃色硝酸鹽-檸檬酸螯合物溶液中，發生酯化反應，?在50~60℃溫度下反應30~40min；

(5)陳化：將磁力攪拌機溫度調節至80~85℃，陳化4~6h，得到粘性濕凝膠；

(6)干燥：把濕凝膠放在溫度為150℃的烘箱中干燥24h，得到干凝膠，粉磨后得到干凝膠粉末并儲存在干燥器中；

(7)煅燒：將所得到的干凝膠粉末，直接放在1000℃高溫爐中煅燒3~5h制得鐵鋁酸四鈣。

其中：各組分的重量比為：?

Ca(NO₃)₂·4H₂O??????????????????????????????????????????????100