[發(fā)明專利]一種有機無機復合水玻璃及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112357927B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 郭飛;孔恒;姜瑜;張麗麗;田治州;高勝雷;鮑逸瑋;王凱麗;郝亮;張咪;孫博通
• 申請（專利權）人: 北京市政建設集團有限責任公司;北京高新市政工程科技有限公司
• 主分類號: C01B33/32
• 分類號: C01B33/32
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種有機無機復合水玻璃及其制備方法，采用農(nóng)作物及其廢棄物作為硅源，添加氫氧化物和硅氧烷偶聯(lián)劑制備一系列有機無機復合水玻璃。本發(fā)明采用資源豐富的生物質作為硅源，充分利用了農(nóng)業(yè)廢棄物的優(yōu)點，使其變廢為寶，在經(jīng)濟、環(huán)境保護、能源節(jié)約方面都有積極的意義，符合國家節(jié)能減排、廢棄物資源化利用、可持續(xù)發(fā)展的基本國策。同時引入含有不同官能團的硅氧烷偶聯(lián)劑，賦予了水玻璃不同的功能性。解決傳統(tǒng)水玻璃制備工藝復雜、能耗大、污染嚴重、生產(chǎn)成本高的缺點。

技術領域

本發(fā)明涉及鑄造領域，具體涉及一種有機無機復合水玻璃及其制備方法。

背景技術

水玻璃廣泛應用于化工制造、輕工業(yè)、機械、建筑行業(yè)、石油催化裂化的硅鋁催化劑、金屬防腐劑、洗滌劑助劑、耐火材料和陶瓷原料等領域。目前，傳統(tǒng)的水玻璃生產(chǎn)工藝以石英砂和純堿或燒堿經(jīng)高溫或高壓蒸煮生成高溫熔融狀的硅酸鈉，后經(jīng)水淬、浸溶、濃縮、成型等共促獲得，生產(chǎn)能耗大、成本高，且成品水玻璃因含有三氧化鐵、氧化鈣等雜質外觀多為灰色或黃色，雜質往往對水玻璃性能產(chǎn)生一定影響。此外，為了制備高質量的水玻璃，需要使用進口的高純度石英砂，使得水玻璃的成本提高。

生物質是通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。它是人類賴以生存的重要能源之一，在整個能源系統(tǒng)占有重要的位置。生物質最大的特點是可再生性和低污染性，不僅能貯存太陽能，還能最為一種再生的碳源和硅源，碳源可轉化成常規(guī)態(tài)的固體、液體和氣體燃料，而硅源則可用于制備水玻璃、白炭黑等材料。

本發(fā)明基于生物質，主要是農(nóng)作物及其廢棄物(秸稈、稻殼、木材等)作為硅源來代替價格較高的石英砂、硅灰石等硅膠，同時引入含有不同官能團的硅氧烷前驅體，制備不同功能的有機無機復合水玻璃，如疏水水玻璃、親水水玻璃或阻燃水玻璃、高韌水玻璃等，以解決傳統(tǒng)水玻璃原材料昂貴、能耗高、功能單一等缺陷。此外，本發(fā)明采用微波輻射法制備水玻璃，加快反應速率，節(jié)省反應時間。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種有機無機復合水玻璃及其制備方法。采用農(nóng)作物及其廢棄物作為硅源，添加氫氧化物和硅氧烷偶聯(lián)劑制備一系列有機無機復合水玻璃。

為了實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明所提供的具體技術方案如下：

一種有機無機復合水玻璃制備方法，包括以下步驟：

A.清洗生物質去除泥沙等雜質后浸泡一定時間，使其軟化，再置于一定濃度的無機酸中浸泡一定時間去除生物質中的鐵、鈉、鎂、鈣等金屬雜質，然后用自來水沖洗至中性，置于60℃的烘箱中烘干；

B.將烘干后的生物質置于馬弗爐中燃燒，設置溫度為1300～1500℃；

C.稱取一定量燃燒后的生物質灰和氫氧化物于反應瓶中，量取適量的水倒入反應瓶中，將反應瓶置于微波爐內加熱攪拌回流30～60min，冷卻后抽濾，濾液中加入適量的硅氧烷偶聯(lián)劑，室溫攪拌1～2h制得水玻璃；

D.水玻璃模數(shù)測定：吸取0.5g水玻璃于250mL燒杯中，然后在燒杯中加入少量水搖勻，用移液管取10mL至干凈的塑料杯中，加入20mL蒸餾水，加入1～2滴甲基紅指示劑，用C₁＝0.2mol/L的鹽酸滴定終點至溶液由黃色變?yōu)榧t色，記下所消耗的鹽酸溶液的讀數(shù)V₁，然后向溶液中加入適量的氟化鈉至溶液又變?yōu)榫G色，繼續(xù)加鹽酸溶液滴定至酒紅色，記下第二次所消耗鹽酸溶液的讀數(shù)V₂，按公式K＝0.4847(V₂/V₁)計算水玻璃的模數(shù)。

所述的作為硅源的生物質是稻殼、秸稈、樹枝、木屑中的一種或幾種。

所述的氫氧化物為氫氧化鉀、氫氧化鈉中的一種或多種。

所述的生物質灰：氫氧化物：水的質量比為10～20：5～10:60～80.