本發(fā)明涉及一種
氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料及其制備方法，屬于非金屬礦物材料和非金屬深加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人們對(duì)室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量的重視，硅藻泥作為一種新型環(huán)保健康裝飾材料已經(jīng)逐步走向大眾家庭。作為硅藻泥中的重要功能組份之一，硅藻土的調(diào)濕性能直接影響硅藻泥產(chǎn)品的優(yōu)劣。硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，具有發(fā)達(dá)的由微孔、介孔與大孔組成的三維孔結(jié)構(gòu)，具有良好的調(diào)濕性能。目前我國(guó)
低品位的二、三級(jí)硅藻土較為豐富，優(yōu)質(zhì)的一級(jí)硅藻土資源不足。低品位的硅藻土原料白度低，直接用于硅藻泥產(chǎn)品中影響美觀(guān)和施工，嚴(yán)重制約了其在硅藻泥產(chǎn)品中的應(yīng)用。目前提高低品位硅藻土白度的方法主要包括酸浸法和助熔焙燒法。酸浸法雖不破壞硅藻的孔狀結(jié)構(gòu)，但會(huì)產(chǎn)生大量的酸性廢液，且酸浸法對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備耐腐性要求較高。熔劑焙燒法雖不產(chǎn)生廢液，但由于高溫下硅藻的原始孔結(jié)構(gòu)、表面親水性官能團(tuán)遭到破壞，造成材料孔體積下降，調(diào)濕性能顯著降低。高溫煅燒硅藻土產(chǎn)品(助濾劑)的吸放濕能力難以滿(mǎn)足高濕度地區(qū)對(duì)調(diào)濕材料高吸濕性能的要求。
氧化鋁是一種典型的介孔材料，具有較高的比表面積與高度有序的介孔結(jié)構(gòu)，而且孔道互相貫通，并具有穩(wěn)定的理化性能與豐富的表面酸性中心，因而廣泛地用于吸附劑、催化劑載體、粘結(jié)劑等領(lǐng)域。
本發(fā)明針對(duì)上述單一硅藻土，特別是硅藻土助濾劑難以滿(mǎn)足高濕度地區(qū)對(duì)其高吸濕容量的要求的現(xiàn)狀，提出一種將硅藻土與介孔氧化鋁進(jìn)行復(fù)合制備一種吸放濕能力強(qiáng)、應(yīng)答速度快而且吸放濕滯后小的氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)或不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種吸放濕速率快和平衡吸放濕量大的氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料以及其制備方 法。
用本發(fā)明制備的氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料，氮吸附BET比表面積≥120m2/g，孔體積≥0.02cm3/g，平均孔徑5～10nm，白度≥90％。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種制備所述氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料的方法，即以硅藻土、結(jié)晶氯化鋁、碳酸銨和無(wú)水乙醇為原料，采用水熱-焙燒法制備負(fù)載有介孔氧化鋁的氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料，其制備工藝步驟如下：
(1)將硅藻土與結(jié)晶氯化鋁、碳酸銨、無(wú)水乙醇按照1:1～5：1～4:10～20的質(zhì)量比配料和均混；
所述的硅藻土為粒度97％≤74μm(200目標(biāo)準(zhǔn)篩篩余≤3％)、白度≥80％，非晶質(zhì)SiO2含量≥75％的硅藻原土、物理選礦后的硅藻精土或硅藻土助濾劑。
(2)將步驟(1)所述均混后的礦漿在水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱溫度120～250℃，水熱時(shí)間6.0～24.0h；
(3)水熱反應(yīng)結(jié)束后待自然降溫至室溫后，對(duì)反應(yīng)后的料漿進(jìn)行過(guò)濾、洗滌和干燥；
(4)將(3)所述干燥產(chǎn)物放入回轉(zhuǎn)窯、立窯或隧道窯(優(yōu)選回轉(zhuǎn)窯)中進(jìn)行焙燒，焙燒溫度600～1000℃，焙燒時(shí)間3.0～6.0h；
(5)待焙燒后的物料冷卻至室溫后進(jìn)行卸料，即得到所述的氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料。
本發(fā)明所述氧化鋁/硅藻土助濾劑復(fù)合調(diào)濕材料的制備原理如下：硅藻土與結(jié)晶氯化鋁、碳酸銨在水熱和高溫焙燒下發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)：
(1)AlCl3·6H2O+(NH4)2CO3→Al(OH)3+NH4Cl+CO2
(2)Al(OH)3→Al2O3+H2O
(3)αAl2O3→γAl2O3
采用本發(fā)明方法制備的氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料，其調(diào)濕性能較純硅藻土提高2倍以上，環(huán)境溫度30℃、相對(duì)濕度98％和83％下最大吸濕量分別達(dá)到11％和10％以上；環(huán)境溫度30℃、相對(duì)濕度11％和23％下最大放濕量分別達(dá)到9％和5％以上，白度達(dá)到90％以上，而且制備工藝簡(jiǎn)單，不產(chǎn)生二次污染，生產(chǎn)成本較低，具有良好的應(yīng)用前景。
附圖說(shuō)明
圖1所示為實(shí)施例1所采用的硅藻土原料SEM照片。
圖2所示為實(shí)施例1所制備的氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料的SEM照片。
有圖1可見(jiàn)，硅藻土原料中硅藻為多孔圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)；由圖2可見(jiàn)，與硅藻土相比，本發(fā)明制備的氧化鋁/硅藻土
復(fù)合材料，硅藻表面被納米氧化鋁覆蓋，變得更為疏松多孔。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明復(fù)合調(diào)濕材料的制備方法作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1：
原料介紹：硅藻土助濾劑來(lái)自臨江興輝助濾劑有限公司，主要化學(xué)成分及含量為SiO293.01％，Al2O31.33％，F(xiàn)e2O31.37％，MgO 0.11％，CaO 0.25％，燒失量0.77％，白度為88％，粒度200目篩余2.2％。
制備工藝步驟如下：
將10g硅藻土助濾劑與結(jié)晶氯化鋁、碳酸銨、無(wú)水乙醇按1:2:2:15的質(zhì)量比配料、混合均勻后給入實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)釜中，在180℃下水熱反應(yīng)12h，過(guò)濾、洗滌、干燥后放入實(shí)驗(yàn)室回轉(zhuǎn)管式爐中在800℃下焙燒4h制備氧化鋁/硅藻土助濾劑復(fù)合調(diào)濕材料。
采用東莞市科文試驗(yàn)設(shè)備有限公司制造的KW-TH-225Z型可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱測(cè)定實(shí)施例樣品的吸濕性能。測(cè)試步驟如下：
(1)樣品預(yù)處理：稱(chēng)取10g樣品加蒸餾水浸濕，搖勻后放入105℃的烘箱中干燥，烘至連續(xù)一小時(shí)稱(chēng)取樣品質(zhì)量前后變化達(dá)到0.1％以下，在干燥器中冷卻至室溫后稱(chēng)重，并記錄質(zhì)量；
(2)測(cè)試準(zhǔn)備：打開(kāi)可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱，在恒定30℃(保護(hù)溫度50℃)的條件下調(diào)節(jié)目標(biāo)濕度。打開(kāi)電子天平的控制軟件系統(tǒng)，設(shè)置端口參數(shù)；
(3)測(cè)試：在設(shè)定的溫濕度環(huán)境下，樣品進(jìn)行吸濕試驗(yàn)，每隔10min通過(guò)電子天平稱(chēng)量的質(zhì)量數(shù)據(jù)傳送至電腦控制軟件中，當(dāng)樣品質(zhì)量連續(xù)一小時(shí)不再變化，樣品已達(dá)飽和吸濕，吸濕過(guò)程結(jié)束。同樣的，在設(shè)定的溫濕度環(huán)境下，對(duì)吸濕飽和的樣品進(jìn)行放濕試驗(yàn)，當(dāng)樣品質(zhì)量連續(xù)一小時(shí)不再變化，樣品已達(dá) 飽和放濕，放濕過(guò)程結(jié)束。
材料的吸濕量計(jì)算公式如下：
材料的放濕量計(jì)算公式如下：
式中：Wa—吸濕過(guò)程結(jié)束時(shí)的吸濕量，單位為％；
Wb—放濕過(guò)程結(jié)束時(shí)的放濕量，單位為％；
ma—吸濕過(guò)程結(jié)束時(shí)樣品的質(zhì)量，單位為g；
mb—放濕過(guò)程結(jié)束時(shí)樣品的質(zhì)量，單位為g；
m0—吸濕前樣品初始質(zhì)量，單位為g
m1—放濕前樣品初始質(zhì)量，單位為g。
表1所示為實(shí)施例1樣品在環(huán)境溫度30℃、相對(duì)濕度98％、83％條件下其最大吸濕量，在環(huán)境溫度30℃、相對(duì)濕度11％、23％條件下其最大放濕量，其中硅藻土助濾劑原料及實(shí)施例復(fù)合調(diào)濕材料樣品的比表面積、孔體積和孔徑分布采用北京精微高博科學(xué)技術(shù)有限公司制造的JW-BK型靜態(tài)氮吸附儀測(cè)定，白度采用WSB-1型白度儀測(cè)試。
實(shí)施例2：
與實(shí)施例1中的原料和工藝步驟相同，不同之處在于硅藻土與結(jié)晶氯化鋁、碳酸銨、無(wú)水乙醇按1:2:3:17的質(zhì)量比配料，水熱溫度為150℃，水熱時(shí)間為16h，焙燒溫度為750℃，焙燒時(shí)間4.5h。
樣品的調(diào)濕性能及比表面積、孔體積、孔徑分布和白度測(cè)定方法同實(shí)施例1，結(jié)果列于表1。
實(shí)施例3：
與實(shí)施例1的工藝步驟相同，不同之處在于所用的原料為物理選礦后的硅藻精土，硅藻精土與結(jié)晶氯化鋁、碳酸銨、無(wú)水乙醇按1:2:2:18的質(zhì)量比配料，水熱溫度為210℃，水熱時(shí)間為8h，焙燒溫度為650℃，焙燒時(shí)間3.5h。
原料介紹：硅藻精土來(lái)自吉林省臨江北峰硅藻土有限公司，主要化學(xué)成分 及含量為SiO290.25％，Al2O31.23％，F(xiàn)e2O30.44％，MgO 0.10％，CaO 0.01％，燒失量7.74％，白度為81％，粒度200目篩余1.7％。
樣品的調(diào)濕性能及比表面積、孔體積、孔徑分布和白度測(cè)定方法同實(shí)施例1，結(jié)果列于表1。
實(shí)施例4：
與實(shí)施例1中工藝步驟相同，不同之處在于所用的原料為硅藻土一級(jí)土，硅藻土與結(jié)晶氯化鋁、碳酸銨、無(wú)水乙醇按1:1:2:15的質(zhì)量比配料，水熱溫度為150℃，水熱時(shí)間為20h，焙燒溫度為800℃，焙燒時(shí)間3h。
原料介紹：硅藻土一級(jí)土產(chǎn)自吉林省臨江市，主要化學(xué)成分及含量為SiO287.05％，Al2O31.29％，F(xiàn)e2O30.41％，MgO 0.10％，CaO 0.01％，燒失量9.65％，白度為82％，粒度200目篩余2.0％。
樣品的調(diào)濕性能及比表面積、孔體積、孔徑分布和白度測(cè)定方法同實(shí)施例1，結(jié)果列于表1。
表1各實(shí)施例產(chǎn)品的調(diào)濕性能及比表面積、孔體積、平均孔徑和白度
最后需要說(shuō)明的是，上面雖然結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下，在權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)，還可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變更和改變等。
技術(shù)特征：
1.一種氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料，其特征是：氮吸附比表面積≥120m2/g，孔體積≥0.02cm3/g，平均孔徑5～10nm，白度≥90％；環(huán)境溫度30℃、相對(duì)濕度98％和83％下最大吸濕量分別達(dá)到11％和10％以上；環(huán)境溫度30℃、相對(duì)濕度11％和23％下最大放濕量分別達(dá)到9％和5％以上。
2.一種權(quán)利要求1所述氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料的制備方法，主要包括下列步驟：
(1)將硅藻土與結(jié)晶氯化鋁、碳酸銨、無(wú)水乙醇按照1:1～5：1～4:10～20的質(zhì)量比配料和均混；
(2)將步驟(1)所述均混后的礦漿在水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱溫度120～250℃，水熱時(shí)間6.0～24.0h；
(3)水熱反應(yīng)結(jié)束后待自然降溫至室溫后，對(duì)反應(yīng)后的料漿進(jìn)行過(guò)濾、洗滌和干燥；
(4)將(3)所述干燥產(chǎn)物進(jìn)行焙燒，焙燒溫度600～1000℃，焙燒時(shí)間3.0～6.0h；
(5)待焙燒后的物料冷卻至室溫后進(jìn)行卸料，即得到所述的氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料的制備方法，其特征是：步驟(1)所述的硅藻土為粒度97％≤74μm(200目標(biāo)準(zhǔn)篩篩余≤3％)、白度≥80％，非晶質(zhì)SiO2含量≥75％的硅藻原土、物理選礦后的硅藻精土或硅藻土助濾劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料的制備方法，其特征是：步驟(4)所述的將干燥產(chǎn)物進(jìn)行焙燒，其焙燒設(shè)備可以采用回轉(zhuǎn)窯、立窯或隧道窯，優(yōu)選回轉(zhuǎn)窯。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料及其制備方法，以硅藻土、結(jié)晶氯化鋁、碳酸銨和無(wú)水乙醇為原料，采用水熱?焙燒法，硅藻土與結(jié)晶氯化鋁、碳酸銨、無(wú)水乙醇按照1:1～5：1～4:10～20的質(zhì)量比配料和均混后于水熱反應(yīng)釜中在水熱溫度120～250℃進(jìn)行水熱反應(yīng)6.0～24.0h；經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥后于600～1000℃下焙燒3.0～6.0h制得。該復(fù)合調(diào)濕材料氮吸附比表面積≥120m2/g，孔體積≥0.02cm3/g，平均孔徑5～10nm，白度≥90％。本發(fā)明方法制備的復(fù)合調(diào)濕材料，吸放濕性能較純硅藻土提高2倍以上，而且制備工藝簡(jiǎn)單，不產(chǎn)生二次污染，生產(chǎn)成本較低，在無(wú)機(jī)調(diào)濕材料領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
技術(shù)研發(fā)人員：孫志明;鄭水林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）
文檔號(hào)碼：201610842178
技術(shù)研發(fā)日：2016.09.22
技術(shù)公布日：2017.02.15
聲明：
“氧化鋁/硅藻土復(fù)合調(diào)濕材料及其制備方法與流程” 該技術(shù)專(zhuān)利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專(zhuān)利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來(lái)源：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）;
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