[發明專利]一種陽離子表面活性劑改性粉煤灰的制備方法

有效

• 申請號: 201310236385.7
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN103304175A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 王文平;張志強;唐家元;陳偉
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C04B22/00
• 分類號: C04B22/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 吳啟運

一、技術領域

本發明涉及一種改性粉煤灰的制備方法，確切地說是一種陽離子表面活性劑改性粉煤灰的制備方法。

二、背景技術

粉煤灰是從煤粉燃燒后的煙氣中捕集下來的細灰，是燃煤電廠排出的一種工業廢渣。來源比較廣泛，成產價格低廉等優點，我國粉煤灰利用工作有著蓬勃的發展，已從被動的堆放、簡單處理發展到建材、建工、市政、交通、農業環保等領域大規模應用，并逐步擴展到輕工、化工、冶金、煤炭等新的領域。目前，有機-無機復合材料的研究取得了很大的進展，并廣泛的應用于光學、電學、磁學、生物學等領域，很多無機物材料如SiO₂、TiO₂、碳納米管、硅片等均可以用于制備有機-無機復合材料。然而，在有機-無機復合材料中，無機物質的性能和來源直接影響復合材料的使用。

粉煤灰本身不具有水硬性或者水硬性很小，但是在水熱條件下容易發揮其活性，水化生成水硬性的物質，可以形成一定的強度。粉煤灰的活性主要來自活性SiO₂(玻璃體SiO₂)和活性Al₂O₃(玻璃體Al₂O₃)在堿性條件下的水化作用。所以粉煤灰中活性SiO₂、活性Al₂O₃和f-CaO(游離氧化鈣)都是粉煤灰的活性成分，而粉煤灰含量主要是SiO₂。粉煤灰具有有減少用水量、節約水泥用量、改善了混凝土拌和物的和易性、減少水化熱、熱能膨脹性等優點，但是在抗折性能方面效果不太好。

三、發明內容

本發明旨在提供一種陽離子表面活性劑改性粉煤灰的制備方法，將其作為添加劑加入水泥中以提高水泥基復合材料的抗折性能。

本發明首先通過Piranha溶液和粉煤灰的反應制備羥基化粉煤灰。Piranha溶液是質量濃度98%的硫酸溶液和質量濃度20%的雙氧水的混合溶液。當H₂SO₄與H₂O₂混合，生成過氧單硫酸，可以同H₂O₂反應得到OH·和HSO₄·反應基，這些基團可以使SiO₂的Si-O-Si鍵斷裂，然后生成Si-O-H，通過這個反應完成粉煤灰表面的羥基化。羥基化后的粉煤灰中的-OH與偶聯劑中Me-O-Si發生反應，脫去CH₃OH，粉煤灰與偶聯劑以Si-O-Si鍵連接，由于偶聯劑含有C=C雙鍵可以與丙烯酰胺中的雙鍵發生聚合反應得到陽離子表面活性劑改性粉煤灰。

本發明將聚丙烯酰胺接枝于粉煤灰表面，接枝后的粉煤灰吸附性能有較大提高，將其應用于水泥基復合材料中，水泥基復合材料的抗折性能有明顯提高；本發明制備方法反應溫度低，條件溫和，后處理簡單，工業化成本小。目前，國內暫時沒有相關合成工藝方面的研究成果。

本發明陽離子表面活性劑改性粉煤灰的制備方法，其特征在于：

首先對粉煤灰預處理得到預處理后的粉煤灰，預處理的目的是除雜、活化，并且使粉煤灰的顆粒分散均勻，然后對預處理后的粉煤灰進行羥基化處理得到羥基化粉煤灰，隨后通過偶聯劑改性羥基化粉煤灰得到偶聯劑改性粉煤灰，再通過接枝聚合反應使偶聯劑改性粉煤灰與丙烯酰胺接枝聚合得到陽離子表面活性劑改性粉煤灰。

本發明陽離子表面活性劑改性粉煤灰的制備方法，包括粉煤灰的預處理、羥基化處理、偶聯劑改性、接枝聚合和后處理各單元過程：

所述粉煤灰的預處理是向粉煤灰中加水并分散均勻，離心分離后用無水乙醇洗滌并真空干燥，洗滌時觀察離心管震蕩后不出現泡沫為清洗干凈，以下洗滌操作皆以此為標準，水洗、醇洗并真空干燥可以除去各種雜質，并使得粉煤灰的顆粒分散更加均勻，然后加入質量濃度25-35%的NaOH溶液，80℃回流反應22-24小時，以活化粒子表面，反應結束后用質量濃度10%的硫酸溶液調pH值至中性，中和多余的堿，用無水乙醇洗滌并真空干燥后得到預處理后的粉煤灰；

所述羥基化處理是在攪拌及冰水浴的條件下將4-12mL質量濃度20%的雙氧水溶液加入到6-18mL質量濃度98%的硫酸溶液中得到混合溶液，然后將10-30g預處理后的粉煤灰加入所述混合溶液中，攪拌反應8-12min，靜置冷卻，用二次蒸餾水洗滌并在氮氣保護下干燥后得到羥基化粉煤灰；所述濃硫酸和雙氧水溶液的體積比為6:4-7:3；