[发明专利]一种碱激发粉煤灰转化的碳纳米管/白榴石多孔陶瓷复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种碱激发粉煤灰转化的碳纳米管/白榴石多孔陶瓷复合材料的制备方法，属于废渣多孔材料绿色制备技术领域。该制备方法包括粉煤灰及碳纳米管的预处理、碱性硅溶胶激发溶液配置、碳纳米管与碱性硅溶胶激发溶液混合、混合浆料造孔、多孔前驱体低温固化成型和高温烧结陶瓷化过程。本发明以粉煤灰为原料参与碱性无机前驱体的室温合成以及碳纳米管的同步均匀分散，结合室温造孔及后续高温煅烧处理，制备了多孔陶瓷材料，解决了粉煤灰的资源化利用及多孔陶瓷的绿色制备和强度等问题，获得了一种碳纳米管/白榴石多孔陶瓷复合材料，提高了多孔材料的力学强度和孔隙率，实现了粉煤灰的再利用和低成本纳米强化多孔材料的制备。

技术领域

本发明属于废渣多孔材料绿色制备技术领域，涉及一种碱激发粉煤灰转化的碳纳米管/白榴石多孔陶瓷复合材料的制备方法，尤其涉及一种利用粉煤灰为原料参与碱性无机前驱体的室温合成以及碳纳米管的均匀分散特性，结合后续高温煅烧，制备碳纳米管/白榴石多孔陶瓷复合材料的方法。

背景技术

陶瓷材料本身具有稳定的物化性质，例如耐磨损、耐高温、耐腐蚀等优点，因此多孔陶瓷同样也具备陶瓷的普遍优点。除此之外，由于多孔陶瓷具有一定的气孔率，它还可以用作过滤、隔音、隔热保温材料等。常用的多孔陶瓷成型方法有颗粒堆积烧结法、模板法、溶胶-凝胶法、添加造孔剂法和直接发泡成形法等。这些方法由于制备多孔陶瓷的原材料纯度高，工艺流程长，孔隙率和强度等性能受原料纯度影响很大，因而在实际大规模生产中有一定局限。因此，选择低成本丰富的原材料尤为重要。

粉煤灰俗称飞灰，是火电厂排放的工业废弃物，如果不对粉煤灰加以处理，一旦排放到环境中，将会对水、空气、土壤造成不同程度的污染和破坏，同时对生物体也产生极大危害，粉煤灰主要以二氧化硅、氧化铝成分为主，在适当的条件下可以与碱性溶液反应而激活，可作为工业原料，应用于建材和玻璃等材料的制备，而适当的高温处理工艺，更能使其物相转化，直接获得所需组成的陶瓷材料，工艺简单，方便可控。

碳纳米管是以石墨烯卷曲而成的一维量子材料，长径比大，比表面积大，力学性能优异；相比于石墨烯来说，成本低廉且容易获得，经过表面处理后的碳纳米管具有丰富的官能团，可实现与不同基体材料的结合。多孔陶瓷的强度往往较低，一般来说，陶瓷的气孔率越高，陶瓷的强度越低，在保证高多孔陶瓷气孔率的同时，也要保证合理的陶瓷强度。在气孔率一定的情况下，气孔分布越均匀，陶瓷的强度越高，陶瓷基体的均匀化程度越高，颗粒间的结合力越强，陶瓷的强度越高，所以合理的优化制备工艺对多孔陶瓷的制备是相当重要的，将碳纳米管引入陶瓷材料基体中，可以实现孔隙结构优化的同时，提高多孔材料的强度，更赋予材料功能化优势。

发明内容

本发明针对碳纳米管/白榴石多孔陶瓷复合材料的低成本绿色制备的问题，提供了一种碱激发粉煤灰转化的碳纳米管/白榴石多孔陶瓷复合材料的制备方法，该方法以粉煤灰为原料与碱性无机前驱体在室温下反应，表面功能化的碳纳米管在碱性混合液中均匀分散，通过室温前驱体合成及高温煅烧工艺，实现碳纳米管/白榴石多孔陶瓷复合材料的低成本绿色制备，解决了碳纳米管的分散以及粉煤灰为原料制备多孔陶瓷的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种碱激发粉煤灰转化的碳纳米管/白榴石多孔陶瓷复合材料的制备方法，以粉煤灰粉体、功能化的碳纳米管、氢氧化钾、硅溶胶为主要原料，通过室温发泡结合高温煅烧，包括原料粉煤灰及碳纳米管的预处理、配置碱性硅溶胶激发溶液、碳纳米管与碱性硅溶胶激发溶液的混合、混合浆料造孔、多孔前驱体低温固化成型、高温烧结陶瓷化等步骤，获得了碱激发粉煤灰转化的碳纳米管/白榴石多孔陶瓷复合材料。所获得的复合材料孔隙在30％-50％，孔隙分布均匀，力学强度高。具体包括以下步骤：

步骤一、粉煤灰及碳纳米管的预处理

将粉煤灰研磨成1-5μm，并将碳纳米管采用硫酸溶液进行羧基化处理，使其表面具有羧基等功能基团。