[发明专利]一种多孔炭基－陶瓷复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料制造技术领域，具体涉及一种多孔炭 基-陶瓷复合材料的制备方法。

背景技术

随着我国改革开放不断深化，中国经济保持快速增长势头，但是， 同时带来了严重的环境问题，大气污染日益严重，水体污染日益加剧。 在解决环境污染问题的研究中，活性炭因其具有的吸附有害物质的能 力而得到广泛应用。

由于活性竹炭存在大量的微孔，使其具有巨大的比表面积(比表 面积在200～300m²/g)，但是，活性竹炭多孔的特点使得它机械强度较 低，在某些应用领域难以达到理想的效果。怎样利用活性竹炭的优良 特性，研制一种既保持竹炭材料比表面积大、活性高的特点，又兼具 质轻、强度高、耐蚀性强的新型多孔材料，是本发明的主要任务。

发明内容

本发明主要目的是要在制备多孔炭基——陶瓷(以下简称炭基— —陶瓷)复合材料过程中，在1100℃高温烧制莫来石陶瓷条件下，采 取有效措施防止竹炭与氧气发生氧化反应而丢失.从而最大限度地保 持材料中活性炭的含炭率。

本发明的技术方案是：以毛竹加工后的竹屑废料为原料，采取磷 酸浸渍、干燥、培烧、碾磨、过筛获得活性竹炭粉末；然后用硅溶胶 和氢氧化铝制作抗氧化剂溶胶；接着取竹炭粉末和高岭土，掺入 SiO₂-Al₂O₃系列溶胶和小米混合成泥团形成干坯，上述干坯主要成份重 量配比如下：竹炭粉末70～75％，精制高岭土10～15％，SiO₂-Al₂O₃溶 胶5～10％，小米15～20％；将干坯填埋置焦炭中，放在陶瓷坩锅内， 在900-1100℃条件下烧成，获得炭基——陶瓷复合材料。

本发明由于一方面在原料配方中掺入抗氧化剂(选用Sio₂-AI₂O₃系列溶胶抗氧化剂)，在炭材料周围形成抗氧化保护膜，有效阻止部分 炭与氧气发生反应，采用Sio₂-AI₂O₃系列溶胶抗氧化剂，又有助于莫 来石晶相的形成，提高炭基——陶瓷复合材料的机械强度.另一方面使 用焦炭粉作为埋烧用填埋剂，可以在1100℃烧制过程中消耗氧气，进 一步防止部分炭氧化，促进莫来石晶相的形成.

本项发明与现有技术相比较具有的显著优点：由非氧化物多孔活 性竹炭和氧化物陶瓷组分构成的复合材料，大大强化了材料结构，兼 具了竹炭、陶瓷两种材料的优点。这种环境友好型高效多孔炭基-陶瓷 复合材料生物陶粒比表面积大，生物活性好，可以替代传统普通陶粒 和塑料填料，大大降低污水处理成本，提高污水处理效率。

图1是本发明工艺流程图

图2是本实施例所得炭基-陶瓷复合材料扫描电子显微镜图片

图3是本实施例所得炭基-陶瓷复合材料X射线衍射图谱

具体实施方式

下面结合具体实施例来解释说明本发明：

1、竹炭的制取

我们采用磷酸活性法制取竹炭。具体制作过程(1)选取生长期三年 以上毛竹竹屑；(2)配制浓度为15％的磷酸；(3)将竹屑废料在磷酸溶液 中浸泡6小时；(4)取出浸泡后的竹屑，放入烘箱干燥(干燥温度80℃) (5)培烧干燥竹屑制成竹炭(6)碾碎、过筛获得活性竹炭。

2、原料混合、成形和干燥

分别取70克竹炭粉末，10克精制高岭土粉末和15克小米，干性 均匀混合，然后加入5克SiO₂-Al₂O₃系溶胶混合，稍稍搅拌，再加入 适量蒸馏水，将混合干料逐渐和成泥团，将大块泥团制成直径7～12 mm小泥球。

3、烧成

将球坯用焦炭粉包裹。放入陶瓷坩锅内，然后充填焦炭粉并加盖密封。 将坩锅放入电炉中，加热烧制；在坩锅110～150℃、560～650℃温度 区间升温速率要缓慢，过到900～1100℃温度范围时保温2h，最高温 度为1100

4、结果检测

采用煮沸法测定炭基-陶瓷复合材料颗粒的显气孔率和体积密度， 抗压强度利用抗力试验测得；并利用扫描电子显微镜(SEM)对样品进 行结构形貌分析。从图2中可以看出孔径大小分布较均匀，其中最大 的孔径约为100μm，从图3的X射线衍射(XRD)图中可以看出形成了 较好的莫来石晶相。