[發明專利]煤矸石空心微珠/泡沫鋁硅酸鹽聚合物復合材料及制備

有效

• 申請號: 201810461932.4
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108585935B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 閆姝;楊金龍;王璐;戎燁東;張在娟;干科
• 申請（專利權）人: 清華大學;新興遠建（天津）新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B38/08
• 分類號: C04B38/08;C04B38/02;C04B28/00;C04B18/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發明公開了屬于復合材料制備技術領域的煤矸石空心微珠/泡沫鋁硅酸鹽聚合物復合材料及制備。該復合材料具有宏孔與微孔和/或介孔結構，以硅溶膠和強堿混合的堿性激發溶液與偏高嶺土為原料，通過煤矸石空心微珠為造孔劑和雙氧水為發泡劑的復合方式造孔得到；本發明制備方法成本低廉、綠色環保，同時解決了煤矸石固廢污染環境、材料孔隙率提升困難的問題，制備得到的復合材料孔隙率高、輕質高強，孔結構多樣可控，適用范圍廣。

技術領域

本發明屬于復合材料制備技術領域，特別涉及煤矸石空心微珠/泡沫鋁硅酸鹽聚合物復合材料及制備。

背景技術

煤矸石粉體因其較大比表面積與膨松多孔的結構，作為吸附劑在污水處理及吸附與過濾方面發展勢頭迅猛，實現了資源再利用；空心微珠是一種小尺寸的中空球形粉體，具有高強質輕、耐溫絕熱等特殊的優點，微珠特殊的結構不僅比表面積大，而且流動性強；以煤矸石粉體為原料的固廢空心微珠則兼具了兩者優勢，比表面積大、流動性強，同時具有良好的吸附功能。

鋁硅酸鹽聚合物是一類無機材料，泡沫鋁硅酸鹽聚合物是在制備鋁硅酸鹽聚合物的基礎上，利用多孔陶瓷制備方法發泡合成其多孔結構得到的新型多孔材料。閉孔結構的泡沫鋁硅酸鹽聚合物可應用于保溫隔熱領域，開孔結構的材料可在過濾分離、廢水處理、催化吸附等方面一展身手。雖然采用直接發泡法能大幅提高泡沫鋁硅酸鹽聚合物的孔隙率與比表面積，但其中單一分布的大尺寸宏孔結構存在降低了其力學性能，限制了其工程應用范圍。

發明內容

本發明的目的在于提供煤矸石空心微珠/泡沫鋁硅酸鹽聚合物復合材料及制備，具體技術方案如下：

煤矸石空心微珠/泡沫鋁硅酸鹽聚合物復合材料具有宏孔與微孔和/或介孔結構；以硅溶膠和強堿混合的堿性激發溶液與偏高嶺土為原料，通過煤矸石空心微珠為造孔劑和雙氧水為發泡劑的復合方式造孔得到。

所述的煤矸石空心微珠/泡沫鋁硅酸鹽聚合物復合材料的制備方法包括以下步驟：

(1)將氫氧化鉀與質量分數為25％～45％的硅溶膠均勻混合，磁力攪拌24-72小時后得到堿性激發溶液A；

(2)將偏高嶺土粉體加入堿性激發溶液A中，混合均勻、超聲并機械攪拌10-30分鐘后得到鋁硅酸鹽聚合物料漿B；

(3)將煤矸石空心微珠加入鋁硅酸鹽聚合物料漿B，機械攪拌10-30分鐘得到混合漿料C；

(4)向混合漿料C先加入發泡劑雙氧水，攪拌1-5分鐘后再加入穩泡劑，攪拌1-5分鐘混合均勻后得到可發泡混合漿料D，經發泡、固化即得到煤矸石空心微珠/泡沫鋁硅酸鹽聚合物復合材料。

所述步驟(1)中氫氧化鉀與硅溶膠中二氧化硅的摩爾比為1：(0.5～2)。

所述步驟(2)鋁硅酸鹽聚合物料漿B中硅、鋁摩爾比為(1～4)：1。

所述步驟(3)中煤矸石空心微珠與偏高嶺土的質量比為1：(0.1～2)，然后利用去離子水將混合漿料C粘度調整為200mPa·s～600mPa·s。

所述步驟(4)中穩泡劑為十二烷基硫酸鈉和/或十二烷基苯磺酸鈉，雙氧水與偏高嶺土的質量比為(0.01～0.1)：1，穩泡劑與偏高嶺土的質量比為(0.01～0.1)：1。

所述步驟(4)中發泡為將可發泡混合漿料D置于塑料模具中，室溫(15-25℃)靜置0～48小時發泡；固化在鼓風干燥箱內40～80℃下固化24～240小時。

本發明的有益效果為：

(1)本發明以雙氧水為發泡劑直接發泡使得泡沫鋁硅酸鹽基體形成高孔隙率的宏孔網絡結構，再引入煤矸石空心微珠作為造孔劑二次造孔，獲得微-介孔多級孔結構的復合材料，其中煤矸石空心微珠加入不僅可以提高復合材料的孔隙率，還對復合材料強度的提高起到一定作用；