[发明专利]一种硅藻土基多功能微孔陶瓷的制备方法

说明书

1.技术领域

本发明涉及一种硅藻土基多功能微孔陶瓷材料的制备方法，属于材料科学 与工程领域。

2.背景技术

多孔陶瓷是一种含有较多孔洞，并且是利用其孔洞结构所具有功能的一类 无机非金属材料。因其具有热导率低、渗透性高、高温稳定性和化学稳定性良 好等特性，在催化、分离、轻质结构材料、生物材料等方面有着广泛应用而备 受关注。目前，商品化的多孔陶瓷主要是以Al₂O₃，SiC，ZrO₂和莫来石为主要 原料制备的多孔陶瓷，虽然强度较好，但孔径较宽、较大，而且这些材料的高 价格和制备过程中高的烧成温度限制了多孔陶瓷在许多方面的推广和应用。因 此，寻找合适的原料，降低烧结温度和生产成本，对于多孔陶瓷的广泛应用有 着积极的作用。

硅藻土是海洋或湖泊中生长的硅藻类的残骸在水底沉积，经过地质作用而 逐渐形成的一种非金属矿产，它独特的硅藻壳体结构、强吸附性、大比表面积、 高孔隙度、耐高温等优良性质，在现代工业中，被大量用于化工和环保领域。 近年来，硅藻土以其来源广泛、价格低廉、内部具有大量微米级以下的微孔而 受到人们的关注。利用硅藻土中原始孔洞的特点，采用加入添加剂和低温煅烧 工艺使原有孔道保留下来以及骨料颗粒堆积空隙，可以经济地制得孔径细小、 分布均匀、成本低廉的多孔陶瓷。该材料不仅可应用在饮料、污水处理、石油 化工等方面的各种超精密和无菌过滤，这种多孔材料还可作为载体(如负载纳 米TiO₂)。

电气石是一种由Al，Na，Ca，Mg，B和Fe等元素组成的含水和氟等的环 状硅酸盐矿物。自1989年Nakamura和Kubo发现电气石存在自发电极、微粒周 围存在静电场现象，就此对电气石的电场效应展开了一系列的研究，由此兴起 了电气石在环境、人体保健领域的研究热潮。此后，日本、美国等国学者纷纷开 始了这方面的研究，陆续申请了多项专利。但是，在许多应用领域中，电气石往 往都是以粉体形态出现。然而，由于电气石超细粉体本身的强极性和颗粒的细 微化，在很多情况下使用不方便，而且难以回收和重复使用。

本发明的目的是针对目前多孔陶瓷材料制备中的不足，以硅藻土为基料， 适量添加超细电气石粉体，通过对工艺的控制，制备比表面积大、孔径细小、 质轻、吸附性能好，并对有机污染物具有一定降解能力的硅藻土基多功能新型 陶瓷材料。这种材料具有优良的环境污染治理功能，可用作空气污染和水污染 治理及载体材料。而且，制备成本低、使用和回收方便，使用过程对环境友好。

3.发明内容

本发明的内容是将硅藻土、电气石和烧结助剂，按一定比例配料后与水、 分散剂、粘结剂混合，加入装有研磨介质的磨机内研磨，至一定细度后过滤、 干燥，然后经成型和煅烧，制取硅藻土基多功能微孔陶瓷(图1)。

其工艺步骤如下：

(1)将硅藻土，电气石，烧结助剂按一定比例进行配料；

(2)在配好的硅藻土，电气石，烧结助剂混合料中添加分散剂，粘结剂和水 后，给入研磨机内研磨混合；

(3)将研磨好的混合料过滤、干燥；

(4)将干燥后的混合料成型、煅烧。

以下为本发明的配方和主要工艺条件：

(1)配料

①硅藻土，电气石，烧结助剂的配料比为硅藻土∶电气石∶烧结助剂＝70～ 90∶5～25∶1～10；

②电气石原料的粒度为D₅₀＝0.2～5μm。

(2)硅藻土，电气石，烧结助剂配合料的研磨混合

①配合料与分散剂、粘结剂及水的配比为：混合料∶分散剂∶粘结剂∶水 ＝100∶0.1～2∶0.5～5∶100～250。

②研磨后浆料粒度分布为D₉₇≤10μm。

(3)成型与煅烧

成型压力30～80MPa；煅烧温度850～1050℃，保温时间1～5h。

用本发明制备的多功能微孔陶瓷，孔径细小、均匀、孔隙率高。孔径主要 集中在20nm和200nm，平均孔径50nm左右，比表面积＞13m²/g，孔隙率≥37％ (图2～4)。