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。目前我國低品位的二、三級硅藻土較為豐富，優(yōu)質(zhì)的一級硅藻土資源不足。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)，但會產(chǎn)生大量的酸性廢液，且酸浸法對實驗設(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足高濕度地區(qū)對調(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)明針對上述單一硅藻土，特別是硅藻土助濾劑難以滿足高濕度地區(qū)對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行復(fù)合制備一種吸放濕能力強、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)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點或不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問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)釜中進行水熱反應(yīng)，水熱溫度120～250℃，水熱時間6.0～24.0h；

(3)水熱反應(yīng)結(jié)束后待自然降溫至室溫后，對反應(yīng)后的料漿進行過濾、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)中進行焙燒，焙燒溫度600～1000℃，焙燒時間3.0～6.0h；

(5)待焙燒后的物料冷卻至室溫后進行卸料，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℃、相對濕度98％和83％下最大吸濕量分別達到11％和10％以上；環(huán)境溫度30℃、相對濕度11％和23％下最大放濕量分別達到9％和5％以上，白度達到90％以上，而且制備工藝簡單，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。

附圖說明

圖1所示為實施例1所采用的硅藻土原料SEM照片。

圖2所示為實施例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，硅藻土原料中硅藻為多孔圓盤狀結(jié)構(gòu)；由圖2可見，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。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明復(fù)合調(diào)濕材料的制備方法作進一步的說明。

實施例1：

原料介紹：硅藻土助濾劑來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、無水乙醇按1:2:2:15的質(zhì)量比配料、混合均勻后給入實驗室反應(yīng)釜中，在180℃下水熱反應(yīng)12h，過濾、洗滌、干燥后放入實驗室回轉(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設(shè)備有限公司制造的KW-TH-225Z型可程式恒溫恒濕試驗箱測定實施例樣品的吸濕性能。測試步驟如下：

(1)樣品預(yù)處理：稱取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)一小時稱取樣品質(zhì)量前后變化達到0.1％以下，在干燥器中冷卻至室溫后稱重，并記錄質(zhì)量；

(2)測試準(zhǔn)備：打開可程式恒溫恒濕試驗箱，在恒定30℃(保護溫度50℃)的條件下調(diào)節(jié)目標(biāo)濕度。打開電子天平的控制軟件系統(tǒng)，設(shè)置端口參數(shù)；

(3)測試：在設(shè)定的溫濕度環(huán)境下，樣品進行吸濕試驗，每隔10min通過電子天平稱量的質(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)一小時不再變化，樣品已達飽和吸濕，吸濕過程結(jié)束。同樣的，在設(shè)定的溫濕度環(huán)境下，對吸濕飽和的樣品進行放濕試驗，當(dāng)樣品質(zhì)量連續(xù)一小時不再變化，樣品已達 飽和放濕，放濕過程結(jié)束。

材料的吸濕量計算公式如下：

材料的放濕量計算公式如下：

式中：Wa—吸濕過程結(jié)束時的吸濕量，單位為％；

Wb—放濕過程結(jié)束時的放濕量，單位為％；

ma—吸濕過程結(jié)束時樣品的質(zhì)量，單位為g；

mb—放濕過程結(jié)束時樣品的質(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所示為實施例1樣品在環(huán)境溫度30℃、相對濕度98％、83％條件下其最大吸濕量，在環(huán)境溫度30℃、相對濕度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)氮吸附儀測定，白度采用WSB-1型白度儀測試。

實施例2：

與實施例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、無水乙醇按1:2:3:17的質(zhì)量比配料，水熱溫度為150℃，水熱時間為16h，焙燒溫度為750℃，焙燒時間4.5h。

樣品的調(diào)濕性能及比表面積、孔體積、孔徑分布和白度測定方法同實施例1，結(jié)果列于表1。

實施例3：

與實施例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、無水乙醇按1:2:2:18的質(zhì)量比配料，水熱溫度為210℃，水熱時間為8h，焙燒溫度為650℃，焙燒時間3.5h。

原料介紹：硅藻精土來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、孔徑分布和白度測定方法同實施例1，結(jié)果列于表1。

實施例4：

與實施例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土，硅藻土與結(jié)晶氯化鋁、碳酸銨、無水乙醇按1:1:2:15的質(zhì)量比配料，水熱溫度為150℃，水熱時間為20h，焙燒溫度為800℃，焙燒時間3h。

原料介紹：硅藻土一級土產(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、孔徑分布和白度測定方法同實施例1，結(jié)果列于表1。

表1各實施例產(chǎn)品的調(diào)濕性能及比表面積、孔體積、平均孔徑和白度

最后需要說明的是，上面雖然結(jié)合實施例對本發(fā)明做了詳細(xì)的說明，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)利要求保護范圍內(nèi)，還可以對上述實施例進行變更和改變等。

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℃、相對濕度98％和83％下最大吸濕量分別達到11％和10％以上；環(huán)境溫度30℃、相對濕度11％和23％下最大放濕量分別達到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)釜中進行水熱反應(yīng)，水熱溫度120～250℃，水熱時間6.0～24.0h；

(3)水熱反應(yīng)結(jié)束后待自然降溫至室溫后，對反應(yīng)后的料漿進行過濾、洗滌和干燥；

(4)將(3)所述干燥產(chǎn)物進行焙燒，焙燒溫度600～1000℃，焙燒時間3.0～6.0h；

(5)待焙燒后的物料冷卻至室溫后進行卸料，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℃進行水熱反應(yīng)6.0～24.0h；經(jīng)過濾、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，而且制備工藝簡單，不產(chǎn)生二次污染，生產(chǎn)成本較低，在無機調(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

受保護的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）

文檔號碼：201610842178

技術(shù)研發(fā)日：2016.09.22

技術(shù)公布日：2017.02.15