CN108558354A - 一种节能蜂窝陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种节能蜂窝陶瓷材料及其制备方法，本发明提供的节能蜂窝陶瓷材料一方面从成分上进行改进，一方面从材料的结构上进行改进，最终制得的节能蜂窝陶瓷材料具有较好的蓄热和节能的功能，且环保健康。

Description

一种节能蜂窝陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于节能材料技术领域，具体地，涉及一种节能蜂窝陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
太阳能作为一种资源潜力巨大的可再生能源，在我国清洁能源战略中扮演举足轻重的角色。 太阳能是一种时间上非连续分布的能源形式，要使得其能连续地向用户供应能量，蓄热是一个重要环节。目前大多太阳能热利用蓄热材料存在一些缺点和不足。
现有的蓄热材料蓄热密度有限，结构单一，比表面积很小，充放热效率较低。
蜂窝陶瓷是一种功能性多孔材料，具有较高的比表面积和良好的物理化学稳定性，在工业领域有广泛用途。在生产过程中，传统的蜂窝陶瓷生产工艺大多会用桐油、菜油、甘油等润滑剂，这些高分子润滑剂在烧成过程中产生极其难闻的废气，对周边的环境造成极大污染。
为了解决上述问题，急需研发一种新型的节能材料，本发明提供一种节能蜂窝陶瓷材料及其制备方法。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种节能蜂窝陶瓷材料及制备方法。
根据本发明提供的一种节能蜂窝陶瓷材料，所述的节能蜂窝陶瓷材料包括如下重量份数的原料：废弃高铝陶瓷 34-40份、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料2-11份、高岭土5-12份、焦宝石3-5份、玄武石12-28份、石灰石7-21份、铁铝酸四钙4-9份、增稠剂2.5-3.7份。
优选地，所述的节能蜂窝陶瓷材料包括如下重量份数的原料：废弃高铝陶瓷 36-40份、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料5-11份、高岭土7-12份、焦宝石4-5份、玄武石15-28份、石灰石8-21份、铁铝酸四钙5-9份、增稠剂2.8-3.7份。
优选地，所述的节能蜂窝陶瓷材料包括如下重量份数的原料：废弃高铝陶瓷 38份、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料7份、高岭土9份、焦宝石4份、玄武石17份、石灰石13份、铁铝酸四钙7份、增稠剂2.9份。
优选地，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素。
优选地，所述改性碳纳米管-壳聚糖复合材料的制备：
（1）将10-15mg的多壁碳纳米管超声分散于50mL的pH为4.32 的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，再向溶液中添加10-20 mg多巴胺，通入氮气，在20-25℃下水浴条件下磁力搅拌20-23h，将产物抽滤，用去离子水洗涤1-3次，将产物干燥，得到多巴胺改性的碳纳米管；
（2）将25-30mL的质量分数为0.3-0.5%的壳聚糖溶液与20-30 mL的质量分数为2-3%的戊二醛溶液搅拌混合反应19-24h，在蒸馏水中渗析24-36h，得壳聚糖-戊二醛溶液；
（3）将步骤（1）得到的改性碳纳米管配制成2-5mmol/L的改性碳纳米管溶液，取20-30mL加入到壳聚糖-戊二醛溶液中反应19-24 h，然后加入2-3mL的10mmol/L的硼氢化钠溶液，在蒸馏水中渗析30h，然后静置12-24h，将反应液抽滤，用乙酸溶液及去离子水分别洗涤1-3次，在30-50℃条件下真空干燥8-10 h。
优选地，所述（1）中干燥的条件为：先在80-90℃条件下干燥1-2h，然后在40-50℃条件下真空干燥5-10h。
一种节能蜂窝陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量配比称量废弃高铝陶瓷、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料、高岭土、焦宝石、玄武石、石灰石、铁铝酸四钙、增稠剂；
步骤二、将废弃高铝陶瓷、高岭土、焦宝石、玄武石、石灰石分别用颚式破碎机破碎到2mm以下，再用球磨机球磨，过200-250目筛，得到废弃高铝陶瓷粉、高岭土粉、焦宝石粉、玄武石粉、石灰石粉，混合搅拌后，得到混合料备用；
步骤三、向混合料中加入改性碳纳米管-壳聚糖复合材料、铁铝酸四钙、增稠剂，用捏合机混合15-20min制成泥料；
步骤四、将泥料通过挤出机挤出，挤出的蜂窝陶瓷孔为内切圆直径为2-6mm的六方孔，孔壁厚为2mm，挤出压力为2-4MPa，得到蜂窝陶瓷坯体；
步骤五、将蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型5-10min，功率为中高档，然后放入红外干燥箱中干燥1-2h，干燥温度为120℃；
步骤六、将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内经过1300-1400℃，烧制成节能蜂窝陶瓷材料。
优选地，所述废弃高铝陶瓷为陶瓷辊棒或高铝陶瓷球。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的一种节能蜂窝陶瓷材料，本发明提供的节能蜂窝陶瓷材料一方面从成分上进行改进，一方面从材料的结构上进行改进，最终制得的节能蜂窝陶瓷材料具有较好的蓄热和节能的功能，且环保健康。
2、本发明提供的一种节能蜂窝陶瓷材料，本发明节能蜂窝陶瓷材料的配方成分包括废弃高铝陶瓷、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料、高岭土、焦宝石、玄武石、石灰石、铁铝酸四钙、增稠剂。其中，本发明采用增稠剂，不用桐油及其它油类作为润滑油，并利用废弃高铝陶瓷作为主要原料，比重较大，蓄热密度大，抗热震性好，耐高温＞1400℃，耐腐蚀耐酸性为90％以上、耐碱性为90％以上，减少了环境污染。碳纳米管由于具有高比表面积和表面自由能，纳米颗粒之间十分容易发生团聚，与壳聚糖复合之后可以避免团聚的现象，从而保持性能，有利于其他成分之间的相互作用及材料结构的形成。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供的一种节能蜂窝陶瓷材料，所述的节能蜂窝陶瓷材料包括如下重量份数的原料：废弃高铝陶瓷 40份、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料2份、高岭土12份、焦宝石3份、玄武石28份、石灰石7份、铁铝酸四钙9份、增稠剂2.5份。
作为优选方案，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素。
作为优选方案，所述改性碳纳米管-壳聚糖复合材料的制备：
（1）将15mg的多壁碳纳米管超声分散于50mL的pH为4.32 的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，再向溶液中添加10mg多巴胺，通入氮气，在25℃下水浴条件下磁力搅拌20h，将产物抽滤，用去离子水洗涤3次，将产物干燥，得到多巴胺改性的碳纳米管；
（2）将30mL的质量分数为0.3%的壳聚糖溶液与30 mL的质量分数为2%的戊二醛溶液搅拌混合反应24h，在蒸馏水中渗析24h，得壳聚糖-戊二醛溶液；
（3）将步骤（1）得到的改性碳纳米管配制成5mmol/L的改性碳纳米管溶液，取20mL加入到壳聚糖-戊二醛溶液中反应24 h，然后加入2mL的10mmol/L的硼氢化钠溶液，在蒸馏水中渗析30h，然后静置24h，将反应液抽滤，用乙酸溶液及去离子水分别洗涤1次，在50℃条件下真空干燥8h。
作为优选方案，所述（1）中干燥的条件为：先在90℃条件下干燥1h，然后在50℃条件下真空干燥5h。
一种节能蜂窝陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量配比称量废弃高铝陶瓷、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料、高岭土、焦宝石、玄武石、石灰石、铁铝酸四钙、增稠剂；
步骤二、将废弃高铝陶瓷、高岭土、焦宝石、玄武石、石灰石分别用颚式破碎机破碎到2mm以下，再用球磨机球磨，过250目筛，得到废弃高铝陶瓷粉、高岭土粉、焦宝石粉、玄武石粉、石灰石粉，混合搅拌后，得到混合料备用；
步骤三、向混合料中加入改性碳纳米管-壳聚糖复合材料、铁铝酸四钙、增稠剂，用捏合机混合20min制成泥料；
步骤四、将泥料通过挤出机挤出，挤出的蜂窝陶瓷孔为内切圆直径为2mm的六方孔，孔壁厚为2mm，挤出压力为4MPa，得到蜂窝陶瓷坯体；
步骤五、将蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型10min，功率为中高档，然后放入红外干燥箱中干燥1h，干燥温度为120℃；
步骤六、将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内经过1400℃，烧制成节能蜂窝陶瓷材料。
作为优选方案，所述废弃高铝陶瓷为陶瓷辊棒或高铝陶瓷球。
实施例2
本实施例提供的一种节能蜂窝陶瓷材料，所述的节能蜂窝陶瓷材料包括如下重量份数的原料：废弃高铝陶瓷 36份、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料11份、高岭土7份、焦宝石5份、玄武石15份、石灰石21份、铁铝酸四钙5份、增稠剂3.7份。
作为优选方案，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素。
作为优选方案，所述改性碳纳米管-壳聚糖复合材料的制备：
（1）将10mg的多壁碳纳米管超声分散于50mL的pH为4.32 的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，再向溶液中添加10 mg多巴胺，通入氮气，在25℃下水浴条件下磁力搅拌20h，将产物抽滤，用去离子水洗涤3次，将产物干燥，得到多巴胺改性的碳纳米管；
（2）将25mL的质量分数为0.5%的壳聚糖溶液与20mL的质量分数为3%的戊二醛溶液搅拌混合反应19h，在蒸馏水中渗析36h，得壳聚糖-戊二醛溶液；
（3）将步骤（1）得到的改性碳纳米管配制成2mmol/L的改性碳纳米管溶液，取30mL加入到壳聚糖-戊二醛溶液中反应19h，然后加入3mL的10mmol/L的硼氢化钠溶液，在蒸馏水中渗析30h，然后静置12h，将反应液抽滤，用乙酸溶液及去离子水分别洗涤3次，在30℃条件下真空干燥10 h。
作为优选方案，所述（1）中干燥的条件为：先在80℃条件下干燥2h，然后在40℃条件下真空干燥10h。
一种节能蜂窝陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量配比称量废弃高铝陶瓷、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料、高岭土、焦宝石、玄武石、石灰石、铁铝酸四钙、增稠剂；
步骤二、将废弃高铝陶瓷、高岭土、焦宝石、玄武石、石灰石分别用颚式破碎机破碎到2mm以下，再用球磨机球磨，过200目筛，得到废弃高铝陶瓷粉、高岭土粉、焦宝石粉、玄武石粉、石灰石粉，混合搅拌后，得到混合料备用；
步骤三、向混合料中加入改性碳纳米管-壳聚糖复合材料、铁铝酸四钙、增稠剂，用捏合机混合20min制成泥料；
步骤四、将泥料通过挤出机挤出，挤出的蜂窝陶瓷孔为内切圆直径为2mm的六方孔，孔壁厚为2mm，挤出压力为4MPa，得到蜂窝陶瓷坯体；
步骤五、将蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型5min，功率为中高档，然后放入红外干燥箱中干燥2h，干燥温度为120℃；
步骤六、将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内经过1300℃，烧制成节能蜂窝陶瓷材料。
作为优选方案，所述废弃高铝陶瓷为陶瓷辊棒或高铝陶瓷球。
实施例3
本实施例提供的一种节能蜂窝陶瓷材料，所述的节能蜂窝陶瓷材料包括如下重量份数的原料：废弃高铝陶瓷 38份、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料7份、高岭土9份、焦宝石4份、玄武石17份、石灰石13份、铁铝酸四钙7份、增稠剂2.9份。
作为优选方案，所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素。
作为优选方案，所述改性碳纳米管-壳聚糖复合材料的制备：
（1）将13mg的多壁碳纳米管超声分散于50mL的pH为4.32 的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，再向溶液中添加15mg多巴胺，通入氮气，在23℃下水浴条件下磁力搅拌22h，将产物抽滤，用去离子水洗涤2次，将产物干燥，得到多巴胺改性的碳纳米管；
（2）将27mL的质量分数为0.4%的壳聚糖溶液与25 mL的质量分数为3%的戊二醛溶液搅拌混合反应21h，在蒸馏水中渗析27h，得壳聚糖-戊二醛溶液；
（3）将步骤（1）得到的改性碳纳米管配制成2-5mmol/L的改性碳纳米管溶液，取25mL加入到壳聚糖-戊二醛溶液中反应23h，然后加入3mL的10mmol/L的硼氢化钠溶液，在蒸馏水中渗析30h，然后静置18h，将反应液抽滤，用乙酸溶液及去离子水分别洗涤2次，在40℃条件下真空干燥9 h。
作为优选方案，所述（1）中干燥的条件为：先在85℃条件下干燥2h，然后在44℃条件下真空干燥8h。
一种节能蜂窝陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量配比称量废弃高铝陶瓷、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料、高岭土、焦宝石、玄武石、石灰石、铁铝酸四钙、增稠剂；
步骤二、将废弃高铝陶瓷、高岭土、焦宝石、玄武石、石灰石分别用颚式破碎机破碎到2mm以下，再用球磨机球磨，过240目筛，得到废弃高铝陶瓷粉、高岭土粉、焦宝石粉、玄武石粉、石灰石粉，混合搅拌后，得到混合料备用；
步骤三、向混合料中加入改性碳纳米管-壳聚糖复合材料、铁铝酸四钙、增稠剂，用捏合机混合17min制成泥料；
步骤四、将泥料通过挤出机挤出，挤出的蜂窝陶瓷孔为内切圆直径为4mm的六方孔，孔壁厚为2mm，挤出压力为3MPa，得到蜂窝陶瓷坯体；
步骤五、将蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型7min，功率为中高档，然后放入红外干燥箱中干燥2h，干燥温度为120℃；
步骤六、将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内经过1350℃，烧制成节能蜂窝陶瓷材料。
作为优选方案，所述废弃高铝陶瓷为陶瓷辊棒或高铝陶瓷球。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种节能蜂窝陶瓷材料，其特征在于：所述的节能蜂窝陶瓷材料包括如下重量份数的原料：废弃高铝陶瓷 34-40份、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料2-11份、高岭土5-12份、焦宝石3-5份、玄武石12-28份、石灰石7-21份、铁铝酸四钙4-9份、增稠剂2.5-3.7份。
2.根据权利要求1所述的一种节能蜂窝陶瓷材料，其特征在于：所述的节能蜂窝陶瓷材料包括如下重量份数的原料：废弃高铝陶瓷 36-40份、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料5-11份、高岭土7-12份、焦宝石4-5份、玄武石15-28份、石灰石8-21份、铁铝酸四钙5-9份、增稠剂2.8-3.7份。
3.根据权利要求1所述的一种节能蜂窝陶瓷材料，其特征在于：所述的节能蜂窝陶瓷材料包括如下重量份数的原料：废弃高铝陶瓷 38份、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料7份、高岭土9份、焦宝石4份、玄武石17份、石灰石13份、铁铝酸四钙7份、增稠剂2.9份。
4.根据权利要求1所述的一种节能蜂窝陶瓷材料，其特征在于：所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素。
5.根据权利要求1所述的一种节能蜂窝陶瓷材料，其特征在于：所述改性碳纳米管-壳聚糖复合材料的制备：
（1）将10-15mg的多壁碳纳米管超声分散于50mL的pH为4.32 的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液中，再向溶液中添加10-20 mg多巴胺，通入氮气，在20-25℃下水浴条件下磁力搅拌20-23h，将产物抽滤，用去离子水洗涤1-3次，将产物干燥，得到多巴胺改性的碳纳米管；
（2）将25-30mL的质量分数为0.3-0.5%的壳聚糖溶液与20-30 mL的质量分数为2-3%的戊二醛溶液搅拌混合反应19-24h，在蒸馏水中渗析24-36h，得壳聚糖-戊二醛溶液；
（3）将步骤（1）得到的改性碳纳米管配制成2-5mmol/L的改性碳纳米管溶液，取20-30mL加入到壳聚糖-戊二醛溶液中反应19-24 h，然后加入2-3mL的10mmol/L的硼氢化钠溶液，在蒸馏水中渗析30h，然后静置12-24h，将反应液抽滤，用乙酸溶液及去离子水分别洗涤1-3次，在30-50℃条件下真空干燥8-10 h。
6.根据权利要求5所述的一种节能蜂窝陶瓷材料，其特征在于：所述（1）中干燥的条件为：先在80-90℃条件下干燥1-2h，然后在40-50℃条件下真空干燥5-10h。
7.根据权利要求1所述的一种节能蜂窝陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照重量配比称量废弃高铝陶瓷、改性碳纳米管-壳聚糖复合材料、高岭土、焦宝石、玄武石、石灰石、铁铝酸四钙、增稠剂；
步骤二、将废弃高铝陶瓷、高岭土、焦宝石、玄武石、石灰石分别用颚式破碎机破碎到2mm以下，再用球磨机球磨，过200-250目筛，得到废弃高铝陶瓷粉、高岭土粉、焦宝石粉、玄武石粉、石灰石粉，混合搅拌后，得到混合料备用；
步骤三、向混合料中加入改性碳纳米管-壳聚糖复合材料、铁铝酸四钙、增稠剂，用捏合机混合15-20min制成泥料；
步骤四、将泥料通过挤出机挤出，挤出的蜂窝陶瓷孔为内切圆直径为2-6mm的六方孔，孔壁厚为2mm，挤出压力为2-4MPa，得到蜂窝陶瓷坯体；
步骤五、将蜂窝陶瓷坯体放在微波炉中定型5-10min，功率为中高档，然后放入红外干燥箱中干燥1-2h，干燥温度为120℃；
步骤六、将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内经过1300-1400℃，烧制成节能蜂窝陶瓷材料。
8.根据权利要求7所述的一种节能蜂窝陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述废弃高铝陶瓷为陶瓷辊棒或高铝陶瓷球。
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