CN115368113A - 一种废瓷再利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废瓷再利用的方法，属于陶瓷技术领域；该方法包括以下步骤：将陶瓷浆料、氧化石墨烯和酸溶液混合反应后煅烧；所述陶瓷浆料与所述氧化石墨烯的质量比为5～6:1；所述陶瓷浆料包括以下质量份数的制备原料：100份废瓷、70份～80份高岭土、25份～30份膨润土和20份～25份正硅酸乙酯；所述煅烧的温度为1000℃～1200℃；所述煅烧的气氛为还原性气氛。本发明通过正硅酸乙酯将其他制备原料固定；再利用还原性气氛将氧化石墨烯还原为石墨烯，从而提升陶瓷材料的强度。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷技术领域，尤其涉及一种废瓷再利用的方法。
背景技术
在陶瓷的生产过程中，每天都会产生大量的废日用瓷。相关技术中对废日用瓷的处理方法为填埋处理或粉碎后作为建筑填料；对废日用瓷进行填埋处理需要占用大量的土地资源，且由于废日用瓷的烧结程度高，难以自然降解，即填埋处理后可能会导致土壤结构的破坏和地表沉降；而将废日用瓷粉碎后作为建筑填料使用，在使用过程中发现废日用瓷粉的强度较低，仅能作为一般道路建筑填料使用；若通过添加造孔剂，将废日用瓷生产为多孔陶瓷用作轻质建材；但相关技术中多孔陶瓷的气孔率低且强度低。
因此，本发明提供了一种废瓷再利用的方法，该方法提高了陶瓷的强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废瓷再利用的方法，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
具体如下，本发明提供一种废瓷再利用的方法，包括以下步骤：
将陶瓷浆料、氧化石墨烯和酸溶液混合反应后煅烧；
所述陶瓷浆料与所述氧化石墨烯的质量比为5～6:1；
所述陶瓷浆料包括以下质量份数的制备原料：
100份废瓷、70份～80份高岭土、25份～30份膨润土和20份～25份正硅酸乙酯；
所述煅烧的温度为1000℃～1200℃；
所述煅烧的气氛为还原性气氛。
根据本发明废瓷再利用方法技术方案中的一种技术方案，至少具备如下
有益效果：
本发明中利用氧化石墨烯表面含有丰富的含氧官能团，从而在正硅酸乙酯的水解过程中起到连接的作用，从而使氧化石墨烯均匀分散在正硅酸乙酯水解后形成的溶胶中；同时，正硅酸乙酯与陶瓷浆料中废瓷、高岭土和膨润土先进行充分混合后再形成溶胶，从而实现了对废瓷、高岭土和膨润土的固定，使陶瓷材料的各制备原料充分的分散固定；从而在煅烧过程中，各制备原料之间的均一性好。
且本发明利用还原性气氛将氧化石墨烯还原为石墨烯，从而提升陶瓷材料的强度。
本发明中还控制了煅烧温度，通过对煅烧温度的控制，从而实现了陶瓷材料的成型。
根据本发明的一些实施方式，所述氧化石墨烯的粒度为5μm～20μm。
氧化石墨烯的粒度过大，则会导致氧化石墨烯在后期反应过程中分散的难度加大；导致均一性较差；氧化石墨烯的粒度过小，则会导致氧化石墨烯对陶瓷浆料的承载能力较差，从而不能实现陶瓷浆料的均匀分散，从而影响到最终陶瓷材料的性能。
根据本发明的一些实施方式，所述反应的温度为70℃～80℃。
反应温度过低，则反应速度过慢；而反应温度过高，反应速率过快，导致四丁基硅烷水解过快，从而影响到陶瓷浆料和氧化石墨烯的分散效果，从而影响到煅烧后陶瓷的性能。
根据本发明的一些实施方式，所述反应的pH为1～3。
pH过低，则正硅酸乙酯的水解速度过慢；pH过高，则正硅酸乙酯的水解速度过快，从而影响到反应体系的均一性。
根据本发明的一些实施方式，所述反应的时间为1h～3h。
根据本发明的一些实施方式，所述煅烧的时间为1h～2h。
根据本发明的一些实施方式，所述陶瓷浆料的制备原料还包括50份～60份乙醇。
根据本发明的一些实施方式，所述陶瓷浆料包括以下重量份数的制备原料：
100份废瓷、70份～80份高岭土、25份～30份膨润土、20份～25份正硅酸乙酯和50份～60份乙醇。
根据本发明的一些实施方式，所述废瓷为废日用瓷。
本发明中通过加入乙醇，提高了正硅酸乙酯的溶解性，从而使正硅酸乙酯与陶瓷浆料中其他原料进行充分的混合。
根据本发明的一些实施方式，所述陶瓷浆料需研磨处理；所述研磨处理后陶瓷浆料的细度为10μm～20μm。
根据本发明的一些实施方式，所述高岭土的吸油值为100～140。
根据本发明的一些实施方式，所述高岭土的粒径(D50)为0.5μm～1μm。
根据本发明的一些实施方式，所述酸溶液包括盐酸和醋酸溶液中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述酸溶液的摩尔浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。
本发明中酸溶液起到分散氧化石墨烯的作用，若酸的浓度过高，则会影响到氧化石墨烯的分散效果；而酸的浓度过低，则会影响到正硅酸乙酯的水解速率。
根据本发明的一些实施方式，所述还原性气体由保护气体和氢气组成。
根据本发明的一些实施方式，所述还原性气体中氢气的体积分数为5％～20％。
根据本发明的一些实施方式，所述还原性气体中氢气的体积分数为5％～10％。
根据本发明的一些实施方式，所述保护气体包括氮气和稀有气体中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述氧化石墨烯分散在水中形成氧化石墨烯溶液。
根据本发明的一些实施方式，所述氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的质量浓度为5mg/mL～10mg/mL。
根据本发明的一些实施方式，所述废瓷再利用的方法，包括以下步骤：
将所述陶瓷浆料、所述酸溶液和所述氧化石墨烯溶液混合反应后煅烧。
根据本发明的一些实施方式，将所述陶瓷浆料添加至所述氧化石墨烯溶液中形成第一混合物；再将所述酸溶液添加至所述第一混合物中反应。
根据本发明的一些实施方式，所述废瓷再利用的方法，包括如下步骤：
S1、将所述陶瓷浆料添加至所述氧化石墨烯分散液中分散，制得第一混合物；
S2、将所述酸溶液添加至所述第一混合物中分散，分散完成后升温反应，反应完成后制得第二混合物；
S3、将所述第二混合物煅烧。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中所述分散的速度为300r/min～500r/min。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中所述分散的时间为20min～40min。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述分散的速度为300r/min～500r/min。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述分散的时间为20min～40min。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述升温反应过程中的分散速度为300r/min～500r/min。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施方式中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施方式中所选用的氧化石墨烯购自青岛岩海碳材料有限公司的HGP-50(粒度为50μm)、HGP-20(粒度为18μm)、HGP-10(粒度为8μm)和HGP-3A(粒度为3μm)。
废日用瓷：湖南华联瓷业股份有限公司废日用瓷。
高岭土：诺宸(天津)材料科技有限公司NeoGen 2000，D50为0.7μm，吸油值为120。
膨润土：灵寿县宏润矿产品加工厂。
正硅酸乙酯的CAS号为：78-10-4。
正硅酸丁酯的CAS号为：4766-57-8。
实施例1
本实施例为一种废瓷再利用的方法，由以下步骤组成：
S1、原料的制备：
将1g氧化石墨烯(HGP-10)添加至水中，形成氧化石墨烯分散液(7.5mg/mL)；
配置陶瓷浆料，陶瓷浆料由以下重量份数的制备原料组成：
废日用瓷100份、高岭土75份、膨润土30份、正硅酸乙酯25份和乙醇50份。
将上述陶瓷浆料的制备原料混合后采用卧式研磨机进行研磨处理，研磨处理后陶瓷浆料的细度为10μm～20μm；
S2、烧制陶瓷：
将步骤S1中制得的陶瓷浆料添加至氧化石墨烯分散液中，在400r/min的搅拌速度下分散30min；制得第一混合物；
其中氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯与陶瓷浆料的质量比为5:1；
将1mol/L的盐酸添加至第一混合物中，在400r/min的搅拌速度下分散30min；再升高温度至60℃下反应3h，其中反应过程中的搅拌速度为400r/min；反应完成后制得第二混合物；
将上述第二混合物在1200℃下煅烧2h；煅烧的气氛为氮气与氢气混合气体(氢气的体积分数为5％)。
实施例2
本实施例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本实施例中氧化石墨烯选用(HGP-20)。
实施例3
本实施例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本实施例中氧化石墨烯选用(HGP-50)。
实施例4
本实施例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本实施例中氧化石墨烯选用(HGP-3A)。
实施例5
本实施例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本实施例中氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯与陶瓷浆料的质量比为6:1。
实施例6
本实施例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本实施例中煅烧的气氛为氮气与氢气混合气体(氢气的体积分数为10％)。
实施例7
本实施例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本实施例中煅烧的气氛为氮气与氢气混合气体(氢气的体积分数为20％)。
实施例8
本实施例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本实施例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本实施例中煅烧的气氛为氮气与氢气混合气体(氢气的体积分数为2％)。
对比例1
本对比例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本对比例中将正硅酸乙酯替换为正硅酸丁酯。
对比例2
本对比例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本对比例中氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯与陶瓷浆料的质量比为4:1。
对比例3
本对比例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本对比例中氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯与陶瓷浆料的质量比为7:1。
对比例4
本对比例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本对比例中煅烧的温度为800℃。
对比例5
本对比例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本对比例为一种废瓷再利用的方法，与实施例1的差异在于：本对比例中煅烧的温度为1300℃。
本发明实施例1～8和对比例1～5中陶瓷材料的抗压强度的测试标准参照：GB/T4740-1999。
本发明实施例1～8和对比例1～5中陶瓷材料的抗压强度测试结果见表1。
表1本发明实施例1～8和对比例1～5中陶瓷材料的抗压强度测试结果
本发明实施例1与实施例2～4的差异在于：石墨烯的粒度；从表1中数据得知：将石墨烯的粒度控制在一定范围内，有利于进一步提升陶瓷材料的性能。
本发明实施例1与实施例5和对比例2～3的差异在于：氧化石墨烯与陶瓷浆料的质量比不同，从表1中数据得知：将氧化石墨烯与陶瓷浆料的质量比控制在一定范围内，有利于进一步提升陶瓷材料的性能。
本发明实施例1与实施例6～8的差异在于：煅烧气氛中氢气的体积分数不同，从表1中数据得知：将氢气的体积分数控制在一定范围内，有利于进一步提升陶瓷材料的性能。
本发明实施例1与对比例4～5的差异在于：煅烧的温度，从表1中数据得知：将煅烧温度控制在一定范围内，有利于进一步提升陶瓷材料的性能。
综上所述，本发明中利用氧化石墨烯表面含有丰富的含氧官能团，从而在正硅酸乙酯的水解过程中起到连接的作用，从而使氧化石墨烯均匀分散在正硅酸乙酯水解后形成的溶胶中；同时，正硅酸乙酯与陶瓷浆料中废瓷、高岭土和膨润土先进行充分混合后再形成溶胶，从而实现了对废瓷、高岭土和膨润土的固定，使陶瓷材料的各制备原料充分的分散固定；从而在煅烧过程中，各制备原料之间的均一性好。且本发明利用还原性气氛将氧化石墨烯还原为石墨烯，从而提升陶瓷材料的强度。本发明中还控制了煅烧温度，通过对煅烧温度的控制，从而实现了陶瓷材料的成型。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种废瓷再利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将陶瓷浆料、氧化石墨烯和酸溶液混合反应后煅烧；
所述陶瓷浆料与所述氧化石墨烯的质量比为5～6:1；
所述陶瓷浆料包括以下质量份数的制备原料：
100份废瓷、70份～80份高岭土、25份～30份膨润土和20份～25份正硅酸乙酯；
所述煅烧的温度为1000℃～1200℃；
所述煅烧气氛为还原性气氛。
2.根据权利要求1所述的废瓷再利用的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的5μm～20μm。
3.根据权利要求1所述的废瓷再利用的方法，其特征在于，所述反应的温度为70℃～80℃。
4.根据权利要求1所述的废瓷再利用的方法，其特征在于，所述反应的pH为1～3。
5.根据权利要求1所述的废瓷再利用的方法，其特征在于，所述反应的时间为1h～3h。
6.根据权利要求1所述的废瓷再利用的方法，其特征在于，所述煅烧的时间为1h～2h。
7.根据权利要求1所述的废瓷再利用的方法，其特征在于，所述陶瓷浆料的制备原料还包括50份～60份乙醇。
8.根据权利要求6所述的废瓷再利用的方法，其特征在于，所述陶瓷浆料需研磨处理；所述研磨处理后陶瓷浆料的细度为10μm～20μm。
9.根据权利要求1至8任一项所述的废瓷再利用的方法，其特征在于，所述酸溶液包括盐酸和醋酸溶液中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的废瓷再利用的方法，其特征在于，所述酸溶液的摩尔浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。
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