一种硅藻土基吸附净化材料及其制备方法与流程

本发明属于建材领域，具体涉及一种硅藻土基吸附净化材料及其制备方法。
背景技术：
：硅藻土是一种具有天然微孔结构的非金属矿物，其微孔孔径呈现两个分布，大孔孔径150-300nm；小孔孔径20-50nm。其孔径尺度与结构，非常适合吸附净化室内空气中的VOC(有机污染物的总称)，这也是现今硅藻泥在建筑装饰市场上非常活跃原因所在。文献资料显示，目前室内主要有机污染物的等当直径分别为：甲醛0.450nm、苯0.58nm、甲苯0.68nm、二甲苯0.62nm。然而，作为良好的室内空氧化吸附净化材料，不但要有合理的孔结构，还要有大的吸附容量以及高的吸附活性。吸附容量的大小主要取决于样品的比表面积，吸附活性则主要取决于样品丰富的表面活性官能团。硅藻土矿物主要成份是非晶态二氧化硅，该SiO2由硅氧四面体相互桥连而成的网状结构，由于硅原子数目的不确定性，导致网络中存在配位缺陷和氧桥缺陷等。因此在表面Si-O-“悬空键”上，容易结合H而形成Si－OH，即表面硅羟基，表面硅羟基(并伴生有大量氧缺陷)可表现出良好的吸附活性。硅藻土原矿、非煅烧硅藻土、低温煅烧硅藻土(煅烧温度低于450℃)，均能表现出上述表面活性。而经高温煅烧后硅藻土(煅烧温度高于850℃)，其SiO2由已发生晶体转变，即SiO2由非晶体结构转化成方石英晶体结构(详见XRD、SEM附图)，此时的硅藻土将不显示吸附活性或吸附活性将很低。作为能够有效吸附净化室内有机污染物的硅藻土基功能材料及其制品，在硅藻土原料选取或制备过程中保持硅藻土的非晶体特征和微孔结构非常关键。现在市面上已经应用的硅藻土类抹灰材料，无论是厚浆型的硅藻泥(抹灰厚度为1000-2000μm)，还是薄浆型的液态硅藻泥，要想达到真正的吸附净化功能，必须满足如下条件：(1)硅藻土必须保持它自身孔隙结构和大的比表面积(大于30m2/g)，且在施工过程中，对硅藻土的孔隙结构不能产年影响，即不能使用或少使用有机胶凝材料；(2)不能采用已晶体化的高温煅烧硅藻土；(3)硅藻土在整体制品配比中不能小于50％。而要完全满足上述条件，尚存在技术瓶颈。因在整体制品中大掺量硅藻土，吸附水量很高，在干燥过程中会造成最终抹灰表面的干裂，同时会挤占无机胶凝材料的份额，造成后期制品强度降低，因此，现在市面上的硅藻泥制品，其硅藻土掺量只有15-20％左右；由于活性硅藻土吸水量大(自身重量的3倍左右，即300％)，加上其白度较低(白度约65-70％)，而高温煅烧晶体化硅藻土吸水量低(约10％)，且白度较高(白度约80-85％)，现在市面上的硅藻泥制品大多采用高温煅烧硅藻土。这就是为什么硅藻泥性能和功效，饱受消费者和装饰受众质疑的关键所在。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种可用于建筑抹灰用低成本的硅藻土基无机胶凝材料、硅藻土基吸附净化材料及其制备方法。本发明技术方案如下：一种硅藻土基水化硅酸钙凝胶，其由以下重量份的原料制成：硅藻土50-100份，Ca(OH)2粉50-100份，水玻璃(即硅酸钠)25-30份。优选地，所述硅藻土基水化硅酸钙凝胶，其由以下重量份的原料制成：硅藻土75份，Ca(OH)2粉75份，水玻璃30份。本发明还提供上述硅藻土基水化硅酸钙凝胶的制备方法，包括按配比将硅藻土和Ca(OH)2粉均匀混合后，加入适量水，按配比加入水玻璃，搅拌均匀后，90-95℃水浴反应90-120min，抽滤、烘干，过100目标准筛，即得硅藻土基水化硅酸钙凝胶(以下简称硅藻土凝胶)。本发明制备的硅藻土凝胶白度80-85度、比表面积120-150m2/g、粘接强度1500-2500kPa、吸水率60％-80％。本发明还提供一种硅藻土基吸附净化材料，由以下重量份的原料制成：上述硅藻土凝胶45-50份、硅藻土20-25份、蛋白石6-8份、碳酸钙10-15份、滑石粉8-10份、纤维素醚0.3-0.5份、淀粉醚0.02-0.03份、木纤维0.04-0.06份。优选地，上述硅藻土基吸附净化材料，由以下重量份的原料制成：上述硅藻土凝胶450份、硅藻土250份、蛋白石75份、碳酸钙125份、滑石粉90份、纤维素醚3.5份、淀粉醚0.25份、木纤维0.5份。为改善本发明硅藻土基吸附净化材料的装饰性或装饰效果，其原料还包括适量的无机矿粉颜料。本发明还提供上述硅藻土基吸附净化材料的制备方法，可按本领域常规方法将各原料混匀，过筛即可。优选地，制备方法包括：按配比将上述硅藻土凝胶、硅藻土、蛋白石、碳酸钙、滑石粉搅拌均匀，按配比分别加入纤维素醚、淀粉醚、木纤维后继续搅拌均匀，过80目标准筛，即得。本发明所述硅藻土不包括高温煅烧硅藻土(煅烧温度高于850℃)。所述硅藻土包括硅藻土原矿(硅藻土原土)、非煅烧硅藻土、低温煅烧硅藻土(煅烧温度低于450℃)；优选为低温煅烧硅藻土(煅烧温度低于450℃)。进一步优选地，所述硅藻土白度大于65度、SiO2含量大于85％。优选地，所述Ca(OH)2粉白度大于90度、纯度大于85％。优选地，所述水玻璃模数为3.5。所述纤维素醚包括甲基纤维素和乙基纤维素等中的一种或几种，优选为甲基纤维素。所述淀粉醚包括羟烷基淀粉、羧甲基淀粉、阳离子淀粉等中的一种或几种，优选为羧甲基淀粉。所述木纤维包括长木纤维、短木纤维等中的一种或几种，优选为短木纤维。本发明硅藻土基吸附净化材料4小时甲醛吸附去除率85-95％，符合JC/T2177-2013《硅藻泥装饰壁材》标准要求；材料成本1500-2000元/吨。本发明采用本领域常规方法检测上述硅藻土凝胶的白度、比表面积、粘接强度、吸水率。具体地，所述白度检测方法为GB/T5950《建筑材料与非金属矿产品白度测量方法》，采用ZB-B白度仪；所述比表面积检测方法为ISO－9277/GB/T19587-2004气体吸附BET法测定固态物质比表面积，比表面积分析方法—气体吸附法，采用ASAP2020比表面测定仪；所述粘接强度采用ZQS6-2000A高精度粘接强度检测仪进行检测；吸水率的检测方法分别检测方法为GB/T9966.3-2001《天然饰面石材试验方法第3部分：体积密度、真密度、真气孔率、吸收率试验方法》。本发明还包括上述硅藻土基水化硅酸钙凝胶在制备吸附甲醛、苯、甲苯、二甲苯等有机气体功能的吸附净化材料上的应用；或上述硅藻土基吸附净化材料在吸附甲醛、苯、甲苯、二甲等有机气体功能方面的应用。本发明将硅藻土制备成可作为胶凝材料的组分，大大减少了其吸水率、并不发化转晶，有效地解决了大掺量后的干保裂和强度低的问题，并能使制品吸附活性大大提升；在硅藻土基胶凝材料制备过程中，加入白色物种，可同时改善最终产物的白度，能有效解决因活性硅藻土加入影响最终制品白度的难题。本发明在硅藻土上制备的白色无定型(非晶体)水化硅酸钙(C-S-H)凝胶，在保持硅藻土非晶态结构的同时，有效增加了硅藻土的比表面积和粘结性能；在降低了该硅藻土基复合胶凝材料吸水率的同时，产物白度增大10个百分点，可在80度以上。由于该产品在制备工艺简便，且工业级原材料便宜，该硅藻土基复合胶凝材料成本较低，使得整体抹灰材料制品成本最低可降至1500元/吨，是市场上现有硅藻泥制品成本(约5500元/吨)的四分之一，具有很好的市场推广应用前景。本发明硅藻土基吸附净化材料对甲醛、苯等有机气体吸附力强，可去除有害物质、消除异味、净化室内空气，且施工方便、产品价格低、适于大规模的生产。附图说明图1中a为未经煅烧硅藻土样品XRD图；b为实施例1所用低温煅烧硅藻土样品XRD图。图2和图3分别为实施例4制备的硅藻土基水化硅酸钙凝胶SEM图(放大倍数分别为3000倍和1100倍)。具体实施方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。以下所用非煅烧硅藻土(吉林长白)、低温煅烧硅藻土(吉林长白，煅烧温度低于450℃)由吉林远通矿业有限公司提供。以下所用纤维素醚为甲基纤维素，所用淀粉醚包括为羧甲基淀粉，均由廊坊文安县宏元纤维素厂提供。以下所用木纤维为短木纤维，由安徽宁国市东南木业有限公司提供。以下吸附甲醛测试方法参照《JCT1074-2008室内空气净化功能涂覆材料净化性能》。实施例1硅藻土基水化硅酸钙凝胶(以下简称硅藻土凝胶)制备：称取非煅烧硅藻土75g和Ca(OH)2粉75g，均匀混合后，放入1000mL带有搅拌装置的水浴反应器中，加入250mL水，搅拌均匀；再加入取模数为3.5的水玻璃30g，搅拌均匀后，90℃水浴反应90min；样品抽滤、烘干、并过100目标准筛；即得。硅藻土基吸附净化材料的制备：将上述方法制得的硅藻土凝胶450g、非煅烧硅藻土250g、蛋白石75g、碳酸钙125g、滑石粉90g进行机械搅拌均匀混合，分别加入纤维素醚3.5g、淀粉醚0.25g、木纤维0.5g后，继续搅拌，至物料混合均匀后，过80目标准筛得到原矿物色吸附净化材料。实施例2硅藻土基水化硅酸钙凝胶(以下简称硅藻土凝胶)制备：称取非煅烧硅藻土50g和Ca(OH)2粉100g，均匀混合后，放入1000mL带有搅拌装置的水浴反应器中，加入250mL水，搅拌均匀；再加入取模数为3.5的水玻璃30g，搅拌均匀后，90℃水浴反应90min；样品抽滤、烘干、并过100目标准筛；即得。硅藻土基吸附净化材料的制备：将上述方法制得的硅藻土凝胶450g、非煅烧硅藻土250g、蛋白石75g、碳酸钙125g、滑石粉90g进行机械搅拌均匀混合，分别加入纤维素醚3.5g、淀粉醚0.25g、木纤维0.5g后，继续搅拌，至物料混合均匀后，过80目标准筛得到原矿物色吸附净化材料。实施例3硅藻土基水化硅酸钙凝胶(以下简称硅藻土凝胶)制备：称取非煅烧硅藻土100g和Ca(OH)2粉50g，均匀混合后，放入1000mL带有搅拌装置的水浴反应器中，加入250mL水，搅拌均匀；再加入取模数为3.5的水玻璃30g，搅拌均匀后，90℃水浴反应90min；样品抽滤、烘干、并过100目标准筛；即得。硅藻土基吸附净化材料的制备：将上述方法制得的硅藻土凝胶450g、非煅烧硅藻土250g、蛋白石75g、碳酸钙125g、滑石粉90g进行机械搅拌均匀混合，分别加入纤维素醚3.5g、淀粉醚0.25g、木纤维0.5g后，继续搅拌，至物料混合均匀后，过80目标准筛得到原矿物色吸附净化材料。实施例4硅藻土基水化硅酸钙凝胶(以下简称硅藻土凝胶)制备：称取低温煅烧硅藻土75g和Ca(OH)2粉75g，均匀混合后，放入1000mL带有搅拌装置的水浴反应器中，加入250mL水，搅拌均匀；再加入取模数为3.5的水玻璃30g，搅拌均匀后，90℃水浴反应90min；样品抽滤、烘干、并过100目标准筛；即得。该硅藻土凝胶的SEM图见图2(放大倍数分别为3000倍)和图3(放大倍数分别为1100倍)。硅藻土基吸附净化材料的制备：将上述方法制得的硅藻土凝胶450g、低温煅烧硅藻土250g、蛋白石75g、碳酸钙125g、滑石粉90g进行机械搅拌均匀混合，分别加入纤维素醚3.5g、淀粉醚0.25g、木纤维0.5g后，继续搅拌，至物料混合均匀后，过80目标准筛得到原矿物色吸附净化材料。实施例5硅藻土基水化硅酸钙凝胶(以下简称硅藻土凝胶)制备：称取低温煅烧硅藻土50g和Ca(OH)2粉100g，均匀混合后，放入1000mL带有搅拌装置的水浴反应器中，加入250mL水，搅拌均匀；再加入取模数为3.5的水玻璃30g，搅拌均匀后，90℃水浴反应90min；样品抽滤、烘干、并过100目标准筛；即得。硅藻土基吸附净化材料的制备：将上述方法制得的硅藻土凝胶450g、低温煅烧硅藻土250g、蛋白石75g、碳酸钙125g、滑石粉90g进行机械搅拌均匀混合，分别加入纤维素醚3.5g、淀粉醚0.25g、木纤维0.5g后，继续搅拌，至物料混合均匀后，过80目标准筛得到原矿物色吸附净化材料。实施例6硅藻土基水化硅酸钙凝胶(以下简称硅藻土凝胶)制备：称取低温煅烧硅藻土100g和Ca(OH)2粉50g，均匀混合后，放入1000mL带有搅拌装置的水浴反应器中，加入250mL水，搅拌均匀；再加入取模数为3.5的水玻璃30g，搅拌均匀后，90℃水浴反应90min；样品抽滤、烘干、并过100目标准筛；即得。硅藻土基吸附净化材料的制备：将上述方法制得的硅藻土凝胶450g、低温煅烧硅藻土250g、蛋白石75g、碳酸钙125g、滑石粉90g进行机械搅拌均匀混合，分别加入纤维素醚3.5g、淀粉醚0.25g、木纤维0.5g后，继续搅拌，至物料混合均匀后，过80目标准筛得到原矿物色吸附净化材料。实验例1分别检测实施例1-6制备的硅藻土基水化硅酸钙凝胶的相关性能，结果见下表1。表1样品编号检测结果实施例1白度82度；比表面积135m2/g；粘接强度2400kPa；吸水率71％实施例2白度83度；比表面积120m2/g；粘接强度2000kPa；吸水率67％实施例3白度80度；比表面积140m2/g；粘接强度1500kPa；吸水率80％实施例4白度84度；比表面积147m2/g；粘接强度2500kPa；吸水率62％实施例5白度85度；比表面积143m2/g；粘接强度2300kPa；吸水率60％实施例6白度82度；比表面积150m2/g；粘接强度1900kPa；吸水率76％实验例2分别检测实施例1-6制备的硅藻土基吸附净化材料以及低温煅烧硅藻土、兰舍硅藻泥(由吉林省兰舍硅藻新材料有限公司提供)的吸附甲醛性能，结果见下表2。表2分别选择低温煅烧硅藻土、兰舍硅藻泥进行对比实验，结果表明对比样品吸附净化效率不达标(JCT1074-2008)或刚达标，实施例1-6制备的硅藻土基吸附净化材料的净化效率在85％-92％之间(以实施例4的净化效率最高)，净化效率显著高于对比样品。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。当前第1页1 2 3