[发明专利]一种阳离子表面活性剂改性粉煤灰的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种改性粉煤灰的制备方法，确切地说是一种阳离子表面活性剂改性粉煤灰的制备方法。

二、背景技术

粉煤灰是从煤粉燃烧后的烟气中捕集下来的细灰，是燃煤电厂排出的一种工业废渣。来源比较广泛，成产价格低廉等优点，我国粉煤灰利用工作有着蓬勃的发展，已从被动的堆放、简单处理发展到建材、建工、市政、交通、农业环保等领域大规模应用，并逐步扩展到轻工、化工、冶金、煤炭等新的领域。目前，有机-无机复合材料的研究取得了很大的进展，并广泛的应用于光学、电学、磁学、生物学等领域，很多无机物材料如SiO₂、TiO₂、碳纳米管、硅片等均可以用于制备有机-无机复合材料。然而，在有机-无机复合材料中，无机物质的性能和来源直接影响复合材料的使用。

粉煤灰本身不具有水硬性或者水硬性很小，但是在水热条件下容易发挥其活性，水化生成水硬性的物质，可以形成一定的强度。粉煤灰的活性主要来自活性SiO₂(玻璃体SiO₂)和活性Al₂O₃(玻璃体Al₂O₃)在碱性条件下的水化作用。所以粉煤灰中活性SiO₂、活性Al₂O₃和f-CaO(游离氧化钙)都是粉煤灰的活性成分，而粉煤灰含量主要是SiO₂。粉煤灰具有有减少用水量、节约水泥用量、改善了混凝土拌和物的和易性、减少水化热、热能膨胀性等优点，但是在抗折性能方面效果不太好。

三、发明内容

本发明旨在提供一种阳离子表面活性剂改性粉煤灰的制备方法，将其作为添加剂加入水泥中以提高水泥基复合材料的抗折性能。

本发明首先通过Piranha溶液和粉煤灰的反应制备羟基化粉煤灰。Piranha溶液是质量浓度98%的硫酸溶液和质量浓度20%的双氧水的混合溶液。当H₂SO₄与H₂O₂混合，生成过氧单硫酸，可以同H₂O₂反应得到OH·和HSO₄·反应基，这些基团可以使SiO₂的Si-O-Si键断裂，然后生成Si-O-H，通过这个反应完成粉煤灰表面的羟基化。羟基化后的粉煤灰中的-OH与偶联剂中Me-O-Si发生反应，脱去CH₃OH，粉煤灰与偶联剂以Si-O-Si键连接，由于偶联剂含有C=C双键可以与丙烯酰胺中的双键发生聚合反应得到阳离子表面活性剂改性粉煤灰。

本发明将聚丙烯酰胺接枝于粉煤灰表面，接枝后的粉煤灰吸附性能有较大提高，将其应用于水泥基复合材料中，水泥基复合材料的抗折性能有明显提高；本发明制备方法反应温度低，条件温和，后处理简单，工业化成本小。目前，国内暂时没有相关合成工艺方面的研究成果。

本发明阳离子表面活性剂改性粉煤灰的制备方法，其特征在于：

首先对粉煤灰预处理得到预处理后的粉煤灰，预处理的目的是除杂、活化，并且使粉煤灰的颗粒分散均匀，然后对预处理后的粉煤灰进行羟基化处理得到羟基化粉煤灰，随后通过偶联剂改性羟基化粉煤灰得到偶联剂改性粉煤灰，再通过接枝聚合反应使偶联剂改性粉煤灰与丙烯酰胺接枝聚合得到阳离子表面活性剂改性粉煤灰。

本发明阳离子表面活性剂改性粉煤灰的制备方法，包括粉煤灰的预处理、羟基化处理、偶联剂改性、接枝聚合和后处理各单元过程：

所述粉煤灰的预处理是向粉煤灰中加水并分散均匀，离心分离后用无水乙醇洗涤并真空干燥，洗涤时观察离心管震荡后不出现泡沫为清洗干净，以下洗涤操作皆以此为标准，水洗、醇洗并真空干燥可以除去各种杂质，并使得粉煤灰的颗粒分散更加均匀，然后加入质量浓度25-35%的NaOH溶液，80℃回流反应22-24小时，以活化粒子表面，反应结束后用质量浓度10%的硫酸溶液调pH值至中性，中和多余的碱，用无水乙醇洗涤并真空干燥后得到预处理后的粉煤灰；

所述羟基化处理是在搅拌及冰水浴的条件下将4-12mL质量浓度20%的双氧水溶液加入到6-18mL质量浓度98%的硫酸溶液中得到混合溶液，然后将10-30g预处理后的粉煤灰加入所述混合溶液中，搅拌反应8-12min，静置冷却，用二次蒸馏水洗涤并在氮气保护下干燥后得到羟基化粉煤灰；所述浓硫酸和双氧水溶液的体积比为6:4-7:3；