[发明专利]一种以粉煤灰为原料合成托贝莫来石晶须的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以粉煤灰为原料合成托贝莫来石晶须的方法，属于纳米晶须材料制品技术领域。

背景技术

粉煤灰，是煤炭燃烧后残留下来的灰分，是一种人工火山质材料。粉煤灰外观似水泥，所含固体物质主要有三种：漂灰(从烟囱中漂出来的细灰)、飞灰(烟道气体中集聚的细灰)、炉底灰(从炉底渣中排出的细灰)。目前，国内粉煤灰总量的约70％来自燃煤电厂，其他来源主要有供暖锅炉、水泥厂、陶瓷厂等企业。2013年，我国的粉煤灰产生量约5.8亿吨，综合利用量4.0亿吨，综合利用率为69％，其中，用于生产水泥1.76亿吨，占利用总量的44％；用于生产商品混凝土6400万吨，占利用总量的16％；用于生产墙体材料1.12亿吨，占利用总量的28％，用于筑路、农业和提取矿物等高附加值利用各占5％、3％和4％。预计2015年我国粉煤灰产量为6.2亿吨，综合利用率达到70％。巨量堆放的粉煤灰不仅污染环境，同时，其利用程度不高，造成资源浪费。

托贝莫来石(5CaO·6SiO₂·5H₂O)是水泥水化过程的中间产物之一，是水泥强度的主要来源。由于脱水温度高，热稳定性好，以托贝莫来石为主要成分的水化硅酸钙保温材料已在建筑、石化等领域中获得广泛应用。在生物材料领域，托贝莫来石纳米线因具有快速诱导沉积类骨羟基磷灰石的能力，并具有良好吸附蛋白和细胞的功能，可提高骨形成能力，促进骨修复进程，有望用作骨修复材料。晶须是晶体以单晶形式定向生长成的一种纤维，直径一般在纳微米尺度，微观结构上原子排列高度有序，内部缺陷(晶界、位错、空穴等)较少，不但具有高强度、高模量和高伸长率，而且还具有电、光、磁、介电、导电、超导电等性质，工业上一般用晶须作为复合材料的增强体，制造高强度复合材料或特殊功能材料。

近年来，国内外对以粉煤灰为原料制备托贝莫来石晶须的研究报道不多。北京化工大学以粉煤灰和氢氧化钙为原料，在220℃温度下反应5h，获得直径为10μm～110μm的托贝莫来石晶须球形二次粒子；中国科学院过程工程研究所以亚熔盐法处理粉煤灰的脱铝渣、氢氧化钠和氧化钙为原料，合成了纳米级的托贝莫来石棒状晶体；波兰的波兹南科技大学利用粉煤灰和生石灰等原料制备了含托贝莫来石晶须的加气混凝土，使得加气混凝土的强度大大提高。以上研究对粉煤灰原料合成托贝莫来石晶须的方法或工艺进行了有益探索，但是其对原料和反应条件要求苛刻，所得晶须产品的结构和形貌均不是很理想，只能用于生产一些中低端产品。

发明内容

本发明的目的在于，为我国粉煤灰资源的综合利用提供一条简单可行的、产品附加值高的方法，利用粉煤灰原料合成托贝莫来石晶须，其产品可用于建筑材料和增强复合材料的添加物。

本发明一种以粉煤灰为原料合成托贝莫来石晶须的方法，包括下述步骤：

按照Ca/N摩尔比为1～1000:1，将添加剂与将钙源混合均匀，得到混合浆料，然后调整混合浆料的pH值为11～14后加入粉煤灰，在高压密闭容器中，于150℃～260℃反应；得到托贝莫来石晶须；所述添加剂为表面活性剂；所述表面活性剂为胺基化合物或胺基化合物的衍生物。

本发明一种以粉煤灰为原料合成托贝莫来石晶须的方法，所述表面活性剂包含的碳原子个数为2～25。

本发明一种以粉煤灰为原料合成托贝莫来石晶须的方法，所述表面活性剂为有机胺。

本发明一种以粉煤灰为原料合成托贝莫来石晶须的方法，所述表面活性剂为一元胺或多元胺或胺的衍生物。

本发明一种以粉煤灰为原料合成托贝莫来石晶须的方法，所述所述表面活性剂选自：脂肪胺及其衍生物中的至少一种，进一步优选为十二胺及其衍生物。

作为优选方案，本发明一种以粉煤灰为原料合成托贝莫来石晶须的方法，包括下述步骤：

步骤一

按照钙硅摩尔比为0.5～2.5:1和液固比为15ml/g～30ml/g称取一定质量的粉煤灰、生石灰和水；首先把生石灰与水按照CaO/H₂O的质量比为0.2～1.0消化5～15分钟，按照Ca/N摩尔比为1～1000:1称取一定质量的添加剂，将添加剂加入消化完全的石灰乳；然后将石灰乳混合液与粉煤灰和水配制成悬浮料浆，用苛性碱或氢氧化钾调节pH值至11～14。

步骤二