[發(fā)明專利]一種以粉煤灰為原料合成托貝莫來石晶須的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610239049.1
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105780121B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 李光輝;姜濤;彭志偉;張元波;曹鵬旭;羅駿;范曉慧;李騫;張鑫;楊凌志;徐斌;陳許玲;郭宇峰;楊永斌;甘敏;孫虎;鄧博納
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學
• 主分類號: C30B29/34
• 分類號: C30B29/34;C30B29/62;C30B7/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種以粉煤灰為原料合成托貝莫來石晶須的方法，屬于納米晶須材料制品技術(shù)領域。

背景技術(shù)

粉煤灰，是煤炭燃燒后殘留下來的灰分，是一種人工火山質(zhì)材料。粉煤灰外觀似水泥，所含固體物質(zhì)主要有三種：漂灰(從煙囪中漂出來的細灰)、飛灰(煙道氣體中集聚的細灰)、爐底灰(從爐底渣中排出的細灰)。目前，國內(nèi)粉煤灰總量的約70％來自燃煤電廠，其他來源主要有供暖鍋爐、水泥廠、陶瓷廠等企業(yè)。2013年，我國的粉煤灰產(chǎn)生量約5.8億噸，綜合利用量4.0億噸，綜合利用率為69％，其中，用于生產(chǎn)水泥1.76億噸，占利用總量的44％；用于生產(chǎn)商品混凝土6400萬噸，占利用總量的16％；用于生產(chǎn)墻體材料1.12億噸，占利用總量的28％，用于筑路、農(nóng)業(yè)和提取礦物等高附加值利用各占5％、3％和4％。預計2015年我國粉煤灰產(chǎn)量為6.2億噸，綜合利用率達到70％。巨量堆放的粉煤灰不僅污染環(huán)境，同時，其利用程度不高，造成資源浪費。

托貝莫來石(5CaO·6SiO₂·5H₂O)是水泥水化過程的中間產(chǎn)物之一，是水泥強度的主要來源。由于脫水溫度高，熱穩(wěn)定性好，以托貝莫來石為主要成分的水化硅酸鈣保溫材料已在建筑、石化等領域中獲得廣泛應用。在生物材料領域，托貝莫來石納米線因具有快速誘導沉積類骨羥基磷灰石的能力，并具有良好吸附蛋白和細胞的功能，可提高骨形成能力，促進骨修復進程，有望用作骨修復材料。晶須是晶體以單晶形式定向生長成的一種纖維，直徑一般在納微米尺度，微觀結(jié)構(gòu)上原子排列高度有序，內(nèi)部缺陷(晶界、位錯、空穴等)較少，不但具有高強度、高模量和高伸長率，而且還具有電、光、磁、介電、導電、超導電等性質(zhì)，工業(yè)上一般用晶須作為復合材料的增強體，制造高強度復合材料或特殊功能材料。

近年來，國內(nèi)外對以粉煤灰為原料制備托貝莫來石晶須的研究報道不多。北京化工大學以粉煤灰和氫氧化鈣為原料，在220℃溫度下反應5h，獲得直徑為10μm～110μm的托貝莫來石晶須球形二次粒子；中國科學院過程工程研究所以亞熔鹽法處理粉煤灰的脫鋁渣、氫氧化鈉和氧化鈣為原料，合成了納米級的托貝莫來石棒狀晶體；波蘭的波茲南科技大學利用粉煤灰和生石灰等原料制備了含托貝莫來石晶須的加氣混凝土，使得加氣混凝土的強度大大提高。以上研究對粉煤灰原料合成托貝莫來石晶須的方法或工藝進行了有益探索，但是其對原料和反應條件要求苛刻，所得晶須產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形貌均不是很理想，只能用于生產(chǎn)一些中低端產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，為我國粉煤灰資源的綜合利用提供一條簡單可行的、產(chǎn)品附加值高的方法，利用粉煤灰原料合成托貝莫來石晶須，其產(chǎn)品可用于建筑材料和增強復合材料的添加物。

本發(fā)明一種以粉煤灰為原料合成托貝莫來石晶須的方法，包括下述步驟：

按照Ca/N摩爾比為1～1000:1，將添加劑與將鈣源混合均勻，得到混合漿料，然后調(diào)整混合漿料的pH值為11～14后加入粉煤灰，在高壓密閉容器中，于150℃～260℃反應；得到托貝莫來石晶須；所述添加劑為表面活性劑；所述表面活性劑為胺基化合物或胺基化合物的衍生物。

本發(fā)明一種以粉煤灰為原料合成托貝莫來石晶須的方法，所述表面活性劑包含的碳原子個數(shù)為2～25。

本發(fā)明一種以粉煤灰為原料合成托貝莫來石晶須的方法，所述表面活性劑為有機胺。

本發(fā)明一種以粉煤灰為原料合成托貝莫來石晶須的方法，所述表面活性劑為一元胺或多元胺或胺的衍生物。

本發(fā)明一種以粉煤灰為原料合成托貝莫來石晶須的方法，所述所述表面活性劑選自：脂肪胺及其衍生物中的至少一種，進一步優(yōu)選為十二胺及其衍生物。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種以粉煤灰為原料合成托貝莫來石晶須的方法，包括下述步驟：

步驟一

按照鈣硅摩爾比為0.5～2.5:1和液固比為15ml/g～30ml/g稱取一定質(zhì)量的粉煤灰、生石灰和水；首先把生石灰與水按照CaO/H₂O的質(zhì)量比為0.2～1.0消化5～15分鐘，按照Ca/N摩爾比為1～1000:1稱取一定質(zhì)量的添加劑，將添加劑加入消化完全的石灰乳；然后將石灰乳混合液與粉煤灰和水配制成懸浮料漿，用苛性堿或氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值至11～14。

步驟二