CN106747162B - 一种具有光催化功能的硅藻板及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有光催化功能的硅藻板及其生产工艺，硅藻板是叠层硅藻板，由多层硅藻单元层板组成，硅藻板的料层分为表面层和中间层：表面层位于硅藻板的两侧，中间层位于两侧表面层的中间；硅藻板的料层总数为12‑20层；其中，硅藻板的中间层由料浆A制成，硅藻板的表面层由料浆B制成；料浆B中含有纳米TiO2/硅藻土复合材料；另外还公开了具有光催化功能的硅藻板的生产工艺。本发明的硅藻板不仅可以吸附捕捉室内有毒有害污染物还能在光照下可以持续分解硅藻板表面吸附捕捉的甲醛、甲苯、氨气等有机污染物，并且净化效率高、净化效果持久；本发明的硅藻板具有良好的调湿功能，比表面大、导热系数良好、抗折强度高、使用寿命长。

Description

一种具有光催化功能的硅藻板及其生产工艺
技术领域
本发明属于矿物材料与应用及无机非金属材料领域，具体涉及一种具有光催化功能的硅藻板及其生产工艺。
背景技术
硅藻土是一种古代硅藻遗骸经生物成因的硅质沉积岩，具有松散、质轻、多孔等特性，且具有三维孔道结构和纳米孔径分布，孔隙分布有规律，广泛应用于制备健康、环保、节能等功能材料。早在上个世纪80年代，就有以硅藻土和石灰为主要原料、石棉为增强纤维，采用浇注和模压法成型，高温蒸汽养护的微孔硅酸钙板的生产和应用。但是，采用上述工艺生产的硅酸钙板强度较低，功能单一(主要用于隔热保温)，不能满足市场的需求，近年来，硅藻板功能性的开发力度逐渐增加，现有的硅藻土功能板除了保温隔热功能外，还有吸附、调湿功能，但尚未见到具有可持续降解去除室内甲醛等有毒害有机污染物功能的硅藻板的报道。
发明内容
针对目前硅藻土功能板没有吸附和可持续分解室内甲醛等有毒害有机污染物功能这一不足，本发明提出一种可吸附和持续分解室内甲醛、甲苯、氨气等有毒有害气体并且可调湿的具有光催化功能的硅藻板及其生产工艺。
本发明提供的技术方案如下：
一种具有光催化功能的硅藻板：所述硅藻板是叠层硅藻板，由多层板状的料层构成，所述硅藻板的料层分为表面层和中间层；所述表面层位于所述硅藻板的两侧，分为上表面层和下表面层；所述中间层位于两侧所述表面层的中间；其中，所述硅藻板的所述中间层由料浆A制成，所述硅藻板的所述表面层由料浆B制成；所述料浆B中含有纳米TiO2/硅藻土复合材料。
所述具有光催化功能的硅藻板的料层总数为12-20层，优选为12、14、16、18、20层，其中每一料层的厚度为1-2mm，优选为1.5mm；所述料层即为成型前的层状滤饼，所述料层数是经过转筒式成型机后的滤饼的层数，所述料层的数量可以灵活控制硅藻板的厚度；每一料层的原料配方可以相同，也可以不同，可以根据硅藻板应用技术性能的要求在流浆输送时进行切换和调整。
所述料浆A的配方中，以质量份计，各组成成分为：硅藻土30-45份，石灰30-45份，矿物填料10-15份，矿物纤维3-8份，木质纤维5-15份，增稠剂0.5-2份，水按照液固质量比3.5～4:1取相应份数；所述液固质量比是指水的质量与所有固体组分总质量的比。
优选的，所述料浆A的配方中，以质量份计，各组成成分为：硅藻土35份，石灰40份，矿物填料10份，硫酸钙晶须5份，木质纤维10份，增稠剂1份，水400份。
另一优选的，所述料浆A的配方中，以质量份计，各组成成分为：硅藻土34份，石灰45份，矿物填料11份，凹凸棒石3份，木质纤维7份，增稠剂1份，水400份。
所述料浆B的配方中，以质量份计，各组成成分：为硅藻土30-45份，石灰30-50份，矿物填料10-15份，矿物纤维3-8份，木质纤维5-15份，增稠剂0.5-3份，纳米TiO2/硅藻土复合材料1.2份，水按照液固质量比3.5～4:1取相应份数；所述液固质量比是指水的质量与所有固体组分总质量的比。用该配方生产的硅藻板具备可持续降解室内甲醛、甲苯、氨等有机污染物的功能。
优选的，所述料浆B的配方中，以质量份计，各组成成分为：硅藻土40份，石灰40份，矿物填料10份，凹凸棒石5份，木质纤维5份，增稠剂1份，纳米TiO2/硅藻土复合材料1.2份，水400份。
另一优选的，所述料浆B的配方中，以质量份计，各组成成分为：硅藻土40份，石灰40份，矿物填料10份，硫酸钙晶须5份，木质纤维5份，增稠剂1份，纳米TiO2/硅藻土复合材料1.2份，水400份。
所述具有光催化功能的硅藻板的料浆B的配方中的纳米TiO2/硅藻土复合材料，是具有吸附和光催化功能及抗菌功能的氮掺杂纳米TiO2/硅藻土复合材料；所述纳米TiO2/硅藻土复合材料中TiO2与硅藻土的质量比为1：(2～5)，这种复合材料具有可见光下光催化效率较高、使用安全可靠等特点。
优选的，所述纳米TiO2/硅藻土复合材料中TiO2与硅藻土的质量比为2：5。
所述料浆A的配方用于形成所述硅藻板的中间层，即非表面层或2～(n-1)层，式中n为硅藻板的总层数；料浆B的配方用于形成所述硅藻板两侧的表面层，即第1层和第n层；原因是料浆B的配方中含有纳米TiO2/硅藻土复合材料，所述纳米TiO2/硅藻土复合材料是具有吸附和光催化功能及抗菌功能的氮掺杂纳米TiO2/硅藻土复合材料，这种复合材料具有可见光下光催化效率较高、使用安全可靠等特点，这种材料在光照下可以持续分解硅藻板表面吸附捕捉的甲醛、甲苯、氨气等有机污染物。
所述具有光催化功能的硅藻板的料浆A和B的配方中的硅藻土，可以是硅藻原土、干燥分级的硅藻土、水选硅藻土或950℃以下煅烧的硅藻土，所述硅藻土的硅藻含量≥70％，粒度≤150μm；所述硅藻含量指的是非晶质SiO2含量。
所述具有光催化功能的硅藻板的料浆A和B的配方中的矿物填料，可以是火山灰、石英粉和低温煅烧高岭土粉中的任意一种或两种组合，粒度≤150μm；所述低温煅烧高岭土粉的主要矿物成分是偏高岭石粉。
所述具有光催化功能的硅藻板的料浆A和B的配方中的矿物纤维，可以是硫酸钙晶须和凹凸棒石黏土中的任意一种或两种组合。
所述具有光催化功能的硅藻板的料浆A和B的配方中的增稠剂，可以是羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素和乙基羟乙基纤维素中的任意一种或两种以上组合。
所述具有光催化功能的硅藻板成型时在滤饼表面喷淋的粘合剂，可以是聚乙烯醇、聚乙二醇和聚氧化乙烯中的任意一种或两种组合，所述粘合剂用量为成型的具有光催化功能的硅藻板板材质量的0.3％～1.3％。
本发明还提供了一种具有光催化功能的硅藻板的生产工艺，其步骤如下：
(1)分别制取料浆A和料浆B：分别按料浆A的配方和料浆B的配方称取原料A和原料B，按液固质量比3.5～4:1加入清水进行搅拌制得料浆A和料浆B；
(2)按照料浆B—料浆A—料浆B的顺序，采用具有固液分离功能的分布流浆机过滤浆料并将滤饼输送至转筒式成型机，叠卷成型；在滤饼到达转筒成型机之前在滤饼表面均匀喷淋粘合剂；
(3)采用转筒式成型机将表面均匀喷淋粘合剂的滤饼逐层卷到旋转筒上，连续卷12-20层，其中第1层为B配方料，第2～(n-1)层为A配方料，第n层为B配方料，完成后卸下整张叠层硅藻板，转筒成型机继续下一张硅藻板的成型；
(4)将步骤(3)得到的成型后的硅藻板板材在室温下干燥24h；然后在150-200℃、1.0-1.5MPa压力条件下蒸压养护8-12h；
(5)将步骤(4)蒸压养护好的硅藻板烘干、切割整理，即得到具有光催化功能的硅藻板。
所述料浆A的配方包含硅藻土、石灰、矿物填料、木质纤维、矿物纤维、增稠剂和水；所述料浆B的配方包含硅藻土、石灰、矿物填料、木质纤维、矿物纤维、增稠剂、纳米TiO2/硅藻土复合材料和水。
采用上述技术方案制备的具有光催化功能的硅藻板具有优良的光催化性能，在可见光下，48h甲醛净化效率可达到90％以上，甲醛净化效果持久性达到80％以上。此外，这种硅藻板还具有优良的吸附调湿、隔热保温和轻质高强等特性。其密度≤0.75g/㎝3，比表面积≥40m2/g，导热系数≤0.17W/(m·K)、抗折强度＞9.5Mpa，24小时吸湿量达到80×10-3kg/m2以上。这种具有光催化功能的硅藻板可广泛应用室内装饰与装修、环保、节能以及日常生活用品等领域。
本发明与现有技术相比，具有的优点和有益效果如下：
(1)在硅藻板的表面层或近表面层配方中添加具有光催化性能的氮掺杂纳米TiO2/硅藻土复合材料，使生产的硅藻板不仅具有吸附捕捉室内甲醛、甲苯等有机污染物的功能，而且由于在光照下可以持续分解硅藻板表面吸附捕捉的甲醛、甲苯、氨气等有机污染物，从而具有可持续消除室内有机污染物的功能，并且有机污染物净化效率高、净化效果持久。
(2)本发明的硅藻板板材的结构、成分和厚度可以灵活调节，从而可以生产多种功能或不同应用技术性能要求的硅藻板。
(3)本发明的硅藻板具有良好的调湿功能，并且比表面大，导热系数良好，抗折强度高，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明工艺方法制备的具有光催化功能的硅藻板的结构示意图；
图中标号：1-含有具有光催化性能的氮掺杂纳米TiO2/硅藻土复合材料成分的上表面层，2-中间层，3-含有具有光催化性能的氮掺杂纳米TiO2/硅藻土复合材料成分的下表面层。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和具体实施例对本发明具有光催化功能的硅藻板的结构和制备过程作进一步详细的说明：
实施例1：
①按配方A称取硅藻土35kg，石灰40kg，火山灰10kg，木质纤维10kg，硫酸钙晶须5kg，羟乙基纤维素1kg，水400kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆A；按配方B称取硅藻土40kg、石灰40kg、火山灰5kg、石英粉5kg、木质纤维5kg、凹凸棒石5kg、甲基羟乙基纤维素1kg、氮掺杂纳米TiO2/硅藻土复合材料1.2kg、水400kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆B；
②将混合均匀的料浆B经流浆机过滤并输送，在滤饼抵达转筒式成型机之前在其表面均匀喷淋粘合剂聚乙烯醇，喷淋量为喷淋滤饼固体质量的1.0％；转筒式成型机将表面均匀喷淋粘合剂的料浆B滤饼卷到旋转筒上；卷1层后，流浆机自动换成过滤并输送料浆A，并喷淋料浆A滤饼固体质量0.5％的粘合剂聚乙烯醇，料浆A连续卷10层后，再自动换成料浆B，料浆B卷1层后完成整张叠层湿硅藻板的成型；
③将成型的湿硅藻板在室温下干燥24h后再在180℃、1.0MPa压力条件下蒸压养护10h；
④将蒸压养护后的硅藻板烘干，切割整理成具有光催化功能的硅藻板。
采用GB/T 16129-1995《居住区大气中甲醛卫生检验标准方法-分光光度法》和JCT1074-2008《室内空气净化功能涂覆材料净化性能》标准推荐的方法测试甲醛净化效率和甲醛净化效果持久性；采用JC/T2002-2009《建筑材料吸放湿性能测试方法》和JC/T2177-2013《硅藻泥装饰壁材》标准推荐的方法测试吸湿性能；采用JC/T 1074-2008《纤维增强硅酸钙板第1部分：无石棉硅酸钙板》标准推荐的方法测试硅藻板的密度、强度、导热系数(导热性能)。实施例1制备的硅藻板的检测结果列于表1。
实施例2：
①按配方A称取硅藻土30kg、石灰40kg、火山灰10kg、石英粉5kg、木质纤维8kg、硫酸钙晶须7kg、羟乙基纤维素1.2kg，水360kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆A；料浆B配方同实施例1；
②将混合均匀的料浆B经流浆机过滤并输送，在滤饼抵达转筒式成型机之前在其表面均匀喷淋粘合剂聚乙二醇，喷淋量为喷淋滤饼固体质量的1.3％；转筒式成型机将表面均匀喷淋粘合剂的料浆B滤饼卷到旋转筒上；卷1层后，流浆机自动换成过滤并输送料浆A，并喷淋料浆A滤饼固体质量0.7％的粘合剂聚乙二醇，料浆A连续卷12层后，再自动换成料浆B，料浆B卷1层后完成整张叠层湿硅藻板的成型；
③将成型的湿硅藻板在室温下干燥24h后再在190℃、1.2MPa压力条件下蒸压养护8h；
其余同实施例1。
实施例2制备的具有光催化功能的硅藻板的检测方法同实施例1，检测结果列于表1。
实施例3：
①按配方A称取硅藻土40kg、石灰35kg、石英粉10kg、木质纤维11kg、硫酸钙晶须4kg、乙基羟乙基纤维素1.5kg，水400kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆A；料浆B配方同实施例1；
②将混合均匀的料浆B经流浆机过滤并输送，在滤饼抵达转筒式成型机之前在其表面均匀喷淋粘合剂聚乙烯醇，喷淋量为喷淋滤饼固体质量的1.2％；转筒式成型机将表面均匀喷淋粘合剂的料浆B滤饼卷到旋转筒上；卷1层后，流浆机自动换成过滤并输送料浆A，并喷淋料浆A滤饼固体质量0.6％的粘合剂聚乙烯醇，料浆A连续卷14层后，再自动换成料浆B，料浆B卷1层后完成整张叠层湿硅藻板的成型；
③将成型的湿硅藻板在室温下干燥24h后再在170℃、0.9MPa压力条件下蒸压养护12h；
其余同实施例1。
实施例3制备的具有光催化功能的硅藻板的检测方法同实施例1，检测结果列于表1。
实施例4：
①按配方A称取硅藻土45kg、石灰35kg、火山灰5kg、石英粉5kg、木质纤维6kg、凹凸棒石4kg、羟乙基纤维素0.7kg，水400kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆A；按配方B称取硅藻土40kg、石灰40kg、火山灰5kg、石英粉5kg、木质纤维5kg、硫酸钙晶须5kg、甲基羟乙基纤维素1kg、氮掺杂纳米TiO2/硅藻土复合材料1.2kg、水400kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆B；
②将混合均匀的料浆B经流浆机过滤并输送，在滤饼抵达转筒式成型机之前在其表面均匀喷淋粘合剂聚乙二醇，喷淋量为喷淋滤饼固体质量的1.1％；转筒式成型机将表面均匀喷淋粘合剂的料浆B滤饼卷到旋转筒上；卷1层后，流浆机自动换成过滤并输送料浆A，并喷淋料浆A滤饼固体质量0.6％的粘合剂聚乙二醇，料浆A连续卷16层后，再自动换成料浆B，料浆B卷1层后完成整张叠层湿硅藻板的成型；
③将成型的湿硅藻板在室温下干燥24h后再在190℃、1.2MPa压力条件下蒸压养护9h；
其余同实施例1。
实施例4制备的具有光催化功能的硅藻板的检测方法同实施例1，检测结果列于表1。
实施例5：
①按配方A称取硅藻土34kg、石灰45kg、煅烧高岭土6kg、石英粉5kg、木质纤维7kg、凹凸棒石3kg、甲基羟乙基纤维素1.0kg，水380kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆A；料浆B配方同实施例4；
②将混合均匀的料浆B经流浆机过滤并输送，在滤饼抵达转筒式成型机之前在其表面均匀喷淋粘合剂聚氧化乙烯，喷淋量为喷淋滤饼固体质量的0.6％；转筒式成型机将表面均匀喷淋粘合剂的料浆B滤饼卷到旋转筒上；卷1层后，流浆机自动换成过滤并输送料浆A，并喷淋料浆A滤饼固体质量0.3％的粘合剂聚氧化乙烯，料浆A连续卷18层后，再自动换成料浆B，料浆B卷1层后完成整张叠层湿硅藻板的成型；
③将成型的湿硅藻板在室温下干燥24h后再在190℃、1.2MPa压力条件下蒸压养护9h；
其余同实施例1。
实施例5制备的具有光催化功能的硅藻板的检测方法同实施例1，检测结果列于表1。
实施例6
①按配方A称取硅藻土38kg、石灰37kg、火山灰6kg、石英粉4kg、木质纤维10kg、硫酸钙晶须4kg、羟乙基纤维素1.0kg，水400kg加入搅拌机中进行分散调浆，得料浆A；料浆B配方同实施例1；
②将混合均匀的料浆B经流浆机过滤并输送，在滤饼抵达转筒式成型机之前在其表面均匀喷淋粘合剂聚氧化乙烯，喷淋量为喷淋滤饼固体质量的0.8％；转筒式成型机将表面均匀喷淋粘合剂的料浆B滤饼卷到旋转筒上；卷2层后，流浆机自动换成过滤并输送料浆A，并喷淋料浆A滤饼固体质量0.4％的粘合剂聚氧化乙烯，料浆A连续卷15层后，再自动换成料浆B，料浆B卷1层后完成整张叠层湿硅藻板的成型；
③将成型的湿硅藻板在室温下干燥24h后再在180℃、1.0MPa压力条件下蒸压养护10h；
其余同实施例1。
实施例6制备的具有光催化功能的硅藻板的检测方法同实施例1，检测结果列于表1。
表1 实施效果
最后需要说明的是，上面虽然结合实施例对本发明做了详细的说明，但是上述实施例并非具体实施方式的穷举，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些具体实施方式或实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些不经创造性的劳动而设计出与发明技术方案相同或相似的结构、装置、设备或产品及其制备方法、使用方法和/或用途，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有光催化功能的硅藻板，其特征在于：所述硅藻板是叠层硅藻板，由多层板状的料层构成，所述具有光催化功能的硅藻板的料层总数为12-20层，其中每一料层的厚度为1-2mm，所述料层即为成型前的层状滤饼；所述硅藻板的料层分为表面层和中间层；所述表面层位于所述硅藻板的两侧，分为上表面层和下表面层；所述中间层位于两侧所述表面层的中间；其中，所述硅藻板的所述中间层由料浆A制成，所述料浆A的配方中，以质量份计，各组成成分为：硅藻土30-45份，石灰30-45份，矿物填料10-15份，矿物纤维3-8份，木质纤维5-15份，增稠剂0.5-2份，水按照液固质量比3.5～4:1取相应份数；所述硅藻板的所述表面层由料浆B制成；所述料浆B的配方中，以质量份计，各组成成分为：硅藻土30-45份，石灰30-50份，矿物填料10-15份，矿物纤维3-8份，木质纤维5-15份，增稠剂0.5-3份，纳米TiO2/硅藻土复合材料1.2份，水按照液固质量比3.5～4:1取相应份数；
所述具有光催化功能的硅藻板的生产工艺步骤如下：
(1)分别制取料浆A和料浆B：分别按料浆A的配方和料浆B的配方称取原料A和原料B，按液固质量比3.5～4:1加入清水进行搅拌制得料浆A和料浆B；
(2)按照料浆B—料浆A—料浆B的顺序，采用具有固液分离功能的分布流浆机过滤浆料并将滤饼输送至转筒式成型机，叠卷成型；在滤饼到达转筒成型机之前在滤饼表面均匀喷淋粘合剂；
(3)采用转筒式成型机将表面均匀喷淋粘合剂的滤饼逐层卷到旋转筒上，连续卷12-20层，其中第1层为B配方料，第2～(n-1)层为A配方料，第n层为B配方料，完成后卸下整张叠层硅藻板，转筒成型机继续下一张硅藻板的成型；
(4)将步骤(3)得到的成型后的硅藻板板材在室温下干燥24h；然后在150-200℃、1.0-1.5MPa压力条件下蒸压养护8-12h；
(5)将步骤(4)蒸压养护好的硅藻板烘干、切割整理，即得到具有光催化功能的硅藻板。
2.根据权利要求1所述的具有光催化功能的硅藻板，其特征在于：所述具有光催化功能的硅藻板的料浆A和B的配方中的硅藻土，是硅藻原土、干燥分级的硅藻土、水选硅藻土或950℃以下煅烧的硅藻土；所述硅藻土的硅藻含量≥70％，所述硅藻土的粒度≤150μm。
3.根据权利要求1所述的具有光催化功能的硅藻板，其特征在于：所述具有光催化功能的硅藻板的料浆A和B的配方中的矿物填料，是火山灰、石英粉和低温煅烧高岭土中的任意一种或两种组合；所述矿物填料的粒度≤150μm。
4.根据权利要求1所述的具有光催化功能的硅藻板，其特征在于：所述具有光催化功能的硅藻板的料浆A和B的配方中的矿物纤维，是硫酸钙晶须和凹凸棒石黏土中的任意一种或两种组合。
5.根据权利要求1所述的具有光催化功能的硅藻板，其特征在于：所述具有光催化功能的硅藻板的料浆A和B的配方中的增稠剂，是羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素和乙基羟乙基纤维素中的任意一种或两种以上组合。
6.根据权利要求1所述的具有光催化功能的硅藻板，其特征在于：所述具有光催化功能的硅藻板的料浆B的配方中的纳米TiO2/硅藻土复合材料，是具有吸附和光催化功能及抗菌功能的氮掺杂纳米TiO2/硅藻土复合材料；所述纳米TiO2/硅藻土复合材料中TiO2与硅藻土的质量比为1：(2～5)。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的具有光催化功能的硅藻板的生产工艺，其特征在于：所述生产工艺的步骤如下：
(1)分别制取料浆A和料浆B：分别按料浆A的配方和料浆B的配方称取原料A和原料B，按液固质量比3.5～4:1加入清水进行搅拌制得料浆A和料浆B；
(2)按照料浆B—料浆A—料浆B的顺序，采用具有固液分离功能的分布流浆机过滤浆料并将滤饼输送至转筒式成型机，叠卷成型；在滤饼到达转筒成型机之前在滤饼表面均匀喷淋粘合剂；
(3)采用转筒式成型机将表面均匀喷淋粘合剂的滤饼逐层卷到旋转筒上，连续卷12-20层，其中第1层为B配方料，第2～(n-1)层为A配方料，第n层为B配方料，完成后卸下整张叠层硅藻板，转筒成型机继续下一张硅藻板的成型；
(4)将步骤(3)得到的成型后的硅藻板板材在室温下干燥24h；然后在150-200℃、1.0-1.5MPa压力条件下蒸压养护8-12h；
(5)将步骤(4)蒸压养护好的硅藻板烘干、切割整理，即得到具有光催化功能的硅藻板。
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