CN101684614A - 纳米硅藻土处理剂及其制备方法 - Google Patents

纳米硅藻土处理剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米硅藻土处理剂，包括纳米硅基氧化物1－5％；硅藻土15－0％；珠碱3－10％；无水偏硅酸钠25－30％；硫酸钠10－25％；十二酯磺酸钠6－8％；余量为碳酸钠。制备方法为：将纳米硅基氧化物在高剪切分散机中分散，移至均质搅拌器中，边均质搅拌边依次加入无水偏硅酸钠和硫酸钠，然后加入珠碱、硅藻土、十二酯磺酸钠和碳酸钠，匀质搅拌，过筛网，得到粉末状纳米硅藻土处理剂；或进行造粒制成颗粒状。优点是：为无毒、无害、无污染、无有害化学元素的生态环保化绿色产品；简化了工艺流程，操作容易，产出质量均一稳定，改善了生产和使用环境，不改变工厂原有的设备，节约能源，降低综合生产成本；提高设备使用寿命，提高了的产品质量水平。

Description

纳米硅藻土处理剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保化代用氢氧化钠(烧碱)工艺的技术领域，具体涉及一种纳米硅藻土处理剂及其制备方法，在原需要使用烧碱的领域用本发明纳米硅藻土处理剂取代，可达到原工艺处理的技术要求并可实现环保化安全生产。
背景技术
氢氧化钠(烧碱)工艺及危害：
氢氧化钠分子式NaOH，分子量39.997，俗名火碱、烧碱、苛性钠，在香港称为：哥士的。常温下是一种白色晶体，属强碱，具有强腐蚀性，其水溶液呈强碱性。与酸或水接触能发生剧烈反应，释放出大量的热，能腐蚀金属、橡胶、塑料、涂料、织物等。
氢氧化钠从物理性质上可分为液体烧碱和固体烧碱两种，而从氢氧化钠质量分数上又可分为：30％液碱；32％液碱；42％液碱；45％液碱；50％液碱和73％固碱；95％固碱；96％固碱；99％固碱；99.5％固碱等系列强碱性产品。
氢氧化钠，属于危险化学品，在中华人民共和国《危险货物品名表》(GB12268-90)中，属第八类危险货物腐蚀品中的碱性腐蚀品，编号82001。其生产、经营、储存、运输、使用和废弃品的处置，都必须要遵照《危险化学品安全管理条例》，否则，会极易造成环境污染、经济损失及发生人身伤害和生产事故。
氢氧化钠作为传统的工业原料，广泛应用于轻工、化工、纺织、印染、造纸、医药、冶金、电力等领域。这种原料使用的主要缺点是：操作危险性高，使用量大；设备腐蚀严重；不但对物料(如织物纤维)损伤大，而且排放的废水呈强碱性，毒性高、有臭味，环境污染严重。这种工艺在我国及世界各国工业中至今仍在使用。
中国专利公开号CN101012623公开了一种纳米生物酶处理剂，包括纳米二氧化钛、生物酶、氢氧化钠等，但这种纳米生物酶处理剂仅可用于纺织织物的退浆、精练、漂白处理，且制作工艺复杂，成本过高，不利于大规模推广。
在已知的代用碱中，有较先进的固色碱(仅能替代纯碱)工艺，实现了不必添加纯碱(碳酸钠)即可完成原工艺的技术要求。但这种固色碱仅局限于能代替纯碱(碳酸钠)应用于织物在使用活性染料固色工艺中，而在其它应用方面，如织物的退浆、精炼、漂白中还是要使用烧碱，废水排放时，由于添加其它助剂或烧碱，不能保证生态环保化生产，因此，该固色碱的工艺及产品，至今尚未得到广泛应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种纳米硅藻土处理剂，替代传统工艺中使用的烧碱(氢氧化钠)，达到工作环境无污染，操作人员无伤害，减少物料损伤，废水排放符合环保要求的生态环保化安全生产目的。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供纳米硅藻土处理剂的制备方法，在不改变工厂原有设备的条件下，不再使用烧碱和其它化学助剂，即可满足生产技术指标要求。
本发明所要解决的再一技术问题在于提供上述纳米硅藻土处理剂的用途。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种纳米硅藻土处理剂，按质量百分比计包括下述组分：
纳米硅基氧化物           1～5％
硅藻土                   15～20％
珠碱                     3～10％
无水偏硅酸钠             25～30％
硫酸钠                   10～25％
十二酯磺酸钠             6～8％
余量为碳酸钠。
纳米硅基氧化物分子式：SiOX，普通二氧化硅分子式为SiO2，但在基体材料粒径小于80纳米时，呈现出表面欠氧状态，即为SiO1.6，因此称之为：纳米硅基氧化物。
纳米硅基氧化物的用量具体可以为1，1.5，2，2.5，3，4或5％；
硅藻土的用量具体可以为15，16，17，18，19或20％；
珠碱的用量具体可以为3，4，5，6，8，9或10％；
无水偏硅酸钠的用量具体可以为25，26，27，28，29或30％；
硫酸钠的用量具体可以为10，12，15，18，20，22，24或25％；
十二酯磺酸钠的用量具体可以为6，6.5，7，7.5或8％；
碳酸钠的用量具体可以为2，5，10，15，20，25，30，35或40％。
在上述方案的基础上，所述纳米硅基氧化物的粒径为25～55nm。
在上述方案的基础上，所述的碳酸钠为轻质碳酸钠。
针对上述的纳米硅藻土处理剂的制备方法，按上述配方量称取各组分备用，然后进行步骤A制备，或依序进行步骤A和步骤B制备，包括：
步骤A、纳米硅基氧化物的分散：
将纳米硅基氧化物在高剪切分散机中分散，分散后的纳米硅基氧化物移至均质搅拌器中，边均质搅拌边依次加入无水偏硅酸钠和硫酸钠，然后加入珠碱、硅藻土、十二酯磺酸钠和碳酸钠，匀质搅拌，过筛网，得到均匀的白色粉末状纳米硅藻土处理剂，该粉末状纳米硅藻土处理剂即可作为成品使用；
步骤B、纳米硅藻土处理剂的造粒合成：
在粉体造粒机中缓慢加入步骤A的白色粉末，继续均质搅拌，制得颗粒状纳米硅藻土处理剂。
在上述方案的基础上，提供一种具体的制备粉末状纳米硅藻土处理剂的方法，所述步骤A中，纳米硅基氧化物在高剪切分散机中在2000～5000转/分的条件下分散5～30分钟；移至均质搅拌器中，先加入无水偏硅酸钠，在10～60℃下均质搅拌5～30分钟，然后加入硫酸钠，在100～500转/分的条件下正转10～60分钟，再反转10～60分钟；缓慢降低转数至50～100转/分，加入珠碱、硅藻土、十二脂磺酸钠和碳酸钠继续搅拌至均匀白色粉末，将白色粉末通过100～200目的筛滤网出料得粉末状纳米硅藻土处理剂。
在上述方案的基础上，提供一种具体的制备颗粒状纳米硅藻土处理剂的方法，所述步骤B中，在粉体造粒机中加入粉末状纳米硅藻土处理剂，调整出料粒径为3～5mm(优选3mm)的颗粒料，继续均质搅拌，进行粉末造粒后出料，制得颗粒状纳米硅藻土处理剂。
针对上述的纳米硅藻土处理剂的制备方法的装置，包括纳米材料专用高剪切分散机、均质搅拌器和粉体造粒机，设备简单易购，其特点是：既可制成粉状纳米硅藻土处理剂；又可制成颗粒状纳米硅藻土处理剂，产品质量一致，用法、用量无异样。
针对上述的纳米硅藻土处理剂的用途，用作纺织行业、造纸行业、制革行业或日用化学品行业中烧碱的代碱剂。
针对国内外现有的纺织染整前处理工艺中所存在的工艺复杂、使用大量烧碱和废水排放不能保证环保要求等问题，本发明的纳米硅藻土处理剂代替烧碱，实现纺织工艺种退浆、精练、漂白的一次性完成，保证织物印染前处理的环保化安全生产。
具体的，可以用作纺织行业中的纺织织物的丝光整理、退浆、精练或漂白处理的代碱剂。
也可用于造纸行业中漂白代碱法制备竹木浆或麦草浆的生产工艺。
还可以用作制革行业中皮革制品的脱脂、去油或除味处理的代碱剂。
还可以用作日用化学品行业中制作无磷洗衣粉或洗涤剂的代碱剂。
针对上述的纳米硅藻土处理剂的用途，使用本发明专利之产品，都不必再使用烧碱即可达到原工艺的技术指标，使用简单又安全，改善生产了环境，节能减排，废水低碱排放，符合环保生产要求。
本法明的有益效果是：
1、本发明的纳米硅藻土处理剂与氢氧化钠的使用相比，生产和使用均安全、可靠，为无毒、无害、无污染、无有害化学元素的生态环保化绿色产品；
2、可满足各行业原来对使用氢氧化钠的工艺需求，简化了工艺流程，操作容易，产出质量均一稳定；
3、改善了生产和使用环境，不改变工厂原有的设备；
4、节约能源，节省工时，节省用水，降低废水排放，降低综合生产成本；
5、可避免设备腐蚀、提高设备使用寿命，提高了的产品质量水平。
具体实施方式
一种纳米硅藻土处理剂，按质量百分比计包括下述组分：
纳米硅基氧化物            1～5％
硅藻土                    15～20％
珠碱                      3～10％
无水偏硅酸钠              25～30％
硫酸钠                    10～25％
十二酯磺酸钠              6～8％
余量为碳酸钠。
制备方法为：按上述配方量称取各组分备用，然后进行步骤A制备，或依序进行步骤A和步骤B制备，包括：
A、纳米硅基氧化物的分散：
将纳米硅基氧化物在高剪切分散机中在2000～5000转/分的条件下分散5～30分钟，分散后的纳米硅基氧化物移至均质搅拌器中，先加入无水偏硅酸钠，在10～60℃下均质搅拌5～30分钟，然后加入硫酸钠，在100～500转/分的条件下正转10～60分钟，再反转10～60分钟；缓慢降低转数至50～100转/分，加入珠碱、硅藻土、十二脂磺酸钠和碳酸钠继续搅拌至均匀白色粉末，将白色粉末通过100～200目的筛滤网出料得粉末状纳米硅藻土处理剂；
B、纳米硅藻土处理剂的造粒合成：
在粉体造粒机中缓慢加入步骤A的白色粉末，调整出料粒径为3～5mm的颗粒料，继续均质搅拌，进行粉末造粒后出料，制得颗粒状纳米硅藻土处理剂。
本发明的纳米硅藻土处理剂的应用工艺及用量如下：
在国内外传统的棉梭织物前处理工艺流程中，一般采用烧碱或淀粉酶退浆——高温强碱蒸煮——H2O2漂白的三步法工艺，该方法工艺流程长，工艺操作繁杂，所需设备大，助剂、水、电、汽消耗量比较多，特别是蒸汽的耗量更多，废水排放量比较多，且强碱蒸煮工艺对纤维损伤较为严重，质量隐患较多。
采用纳米硅藻土处理剂处理工艺，可将强碱蒸煮和漂白工艺合为一道工序，并且用纳米硅藻土处理剂替代烧碱及其它化学助剂，在其它工艺条件均不变的情况下，达到原传统工艺所生产的制品质量。这样使工艺操作更为简便，质量更能得以有效控制，特别是在利用原来煮漂生产线方面，可减少使用3～5只水箱，一只R或L汽蒸箱，使工艺流程大大缩短，仅此一项即每天可省去蒸汽50～70吨/24h，节省蒸汽费用7000元，节省烧碱3吨，节省助剂费用5000元，相当每天节省人民币10000元以上。同时还可增加精炼白度，使退浆，漂白、去杂、去棉籽壳、去油污、去油脂等在同一设备，同一处理液，同一工艺中完成，在不用添加烧碱等助剂的情况下，实现了生态环保化一浴法前处理工艺。
应用例
1、纳米硅藻土处理剂的处理工艺流程
浸轧纳米硅藻土处理剂(20～40g/L，温度90～105℃)——水洗——烘干——成品。
2、纳米硅藻土处理剂工作液的配制
纳米硅藻土处理剂20～40g/L，H2O2 8～12g/L，余量为水。
3、烧碱与纳米硅藻土工艺处方对比
                    烧碱工艺               纳米硅藻土处理剂工艺
纳米硅藻土处理剂    /                      20～40g/L
烧碱                35～70g/L              /
精炼剂              10～15g/L              /
渗透剂              3～5g/L                /
分散剂              3～5g/L                /
亚硫酸钠            4～6g/L                /
H2O2                6～9g/L                8～10g/L
稳定剂            3～4g/L                /
分散剂            3g/L                   /
水玻璃            2～4g/L                /
渗透剂            3～5g/L                /
4、纳米硅藻土处理剂与烧碱工艺的理/化/成本指标对比
A、纳米硅藻土处理剂与烧碱工艺处理棉、混纺织物的物理指标对比
表1
  对比项目   烧碱工艺   纳米硅藻土处理剂工艺
  白度(W10)   75～80   80～85
  毛细效应(cm/30min)经向纬向 ≤12≤12 12～1612～16
  断裂强力(N)经向纬向 300～500300～500 300～500300～500
B、纳米硅藻土处理剂工艺与烧碱工艺的废水排放测试数据对比：
表2
  测试项目   烧碱工艺   纳米硅藻土工艺
  pH值   12～13   8～9
  色度   64～52   15～30
  化学需氧量(mg/L)   6.70×103   6.0×103
  CODcr五日生化需氧(mg/L)   1.53×103   1.21×103
  BOD5氨氮(mg/L)悬浮物(mg/L)总残量(mg/L) 9.50～30.0432～5.61×1032.56×103 4.50～20.5400～2.26×1031.12×103
C、纳米硅藻土处理剂工艺与烧碱工艺加工100m机织织物的费用对比
表3
  费用项目(人民币元)   烧碱工艺   纳米硅藻土工艺
  化学助剂费   ≥6.00   ≤5.00
  水、电、汽能耗费   ≥9.00   ≤3.00
  人工费   ≥0.50   ≤0.20
  污水处理费   ≥0.70   ≤0.10
  其它   ≥0.50   ≤0.20
  合计   ≥16.70   ≤8.30
从表1～3的对比可以看出，纳米硅藻土处理剂工艺及产品相比烧碱工艺有明显的优势，不但可满足织物前处理的工艺需求，简化了工艺流程，减少了纤维损伤，提高了织物的白度和毛效，还可直接降低生产成本，节约能源，节省工时，废水可以环保化排放。另外，由于应用本发明产品后，不必再添加烧碱及各种其它化学助剂，可有效保证织物中不含有APEO(烷基酚聚氧乙烯醚)等任何有害的化学元素，实现了纺织品生态环保化安全生产。

Claims (10)

1、一种纳米硅藻土处理剂，按质量百分比计包括下述组分：
纳米硅基氧化物          1～5％
硅藻土                  15～20％
珠碱                    3～10％
无水偏硅酸钠            25～30％
硫酸钠                  10～25％
十二酯磺酸钠            6～8％
余量为碳酸钠。
2、根据权利要求1所述的纳米硅藻土处理剂，其特征在于：所述纳米硅基氧化物的粒径为25～55nm。
3、根据权利要求1所述的纳米硅藻土处理剂，其特征在于：所述的碳酸钠为轻质碳酸钠。
4、针对权利要求1至3之一所述的纳米硅藻土处理剂的制备方法，按上述配方量称取各组分备用，然后进行步骤A制备，或依序进行步骤A和步骤B制备，包括：
步骤A、纳米硅基氧化物的分散：
将纳米硅基氧化物在高剪切分散机中分散，分散后的纳米硅基氧化物移至均质搅拌器中，边均质搅拌边依次加入无水偏硅酸钠和硫酸钠，然后加入珠碱、硅藻土、十二酯磺酸钠和碳酸钠，匀质搅拌，过筛网，得到均匀的白色粉末状纳米硅藻土处理剂；
步骤B、纳米硅藻土处理剂的造粒合成：
在粉体造粒机中缓慢加入步骤A的白色粉末，继续均质搅拌，制得颗粒状纳米硅藻土处理剂。
5、根据权利要求4所述的纳米硅藻土处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤A中，纳米硅基氧化物在高剪切分散机中在2000～5000转/分的条件下分散5～30分钟；移至均质搅拌器中，先加入无水偏硅酸钠，在10～60℃下均质搅拌5～30分钟，然后加入硫酸钠，在100～500转/分的条件下正转10～60分钟，再反转10～60分钟；缓慢降低转数至50～100转/分，加入珠碱、硅藻土、十二脂磺酸钠和碳酸钠继续搅拌至均匀白色粉末，将白色粉末通过100～200目的筛滤网出料得粉末状纳米硅藻土处理剂。
6、根据权利要求4所述的纳米硅藻土处理剂的制备方法，其特征在于：所述步骤B中，在粉体造粒机中加入粉末状纳米硅藻土处理剂，调整出料粒径为3～5mm的颗粒料，继续均质搅拌，进行粉末造粒后出料，制得颗粒状纳米硅藻土处理剂。
7、针对权利要求1至3之一所述的纳米硅藻土处理剂的用途，用作纺织行业、造纸行业、制革行业或日用化学品行业中烧碱的代碱剂。
8、根据权利要求7所述的纳米硅藻土处理剂的用途，其特特在于：用作纺织行业中的纺织织物的丝光整理、退浆、精练或漂白处理的代碱剂，或用于造纸行业中漂白代碱法制备竹木浆或麦草浆的生产工艺。
9、根据权利要求7所述的纳米硅藻土处理剂的用途，其特特在于：用作制革行业中皮革制品的脱脂、去油或除味处理的代碱剂。
10、根据权利要求7所述的纳米硅藻土处理剂的用途，其特特在于：用作日用化学品行业中制作无磷洗衣粉或洗涤剂的代碱剂。
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PB01 Publication
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