多孔堇青石及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多孔堇青石及其制备方法和应用，涉及多孔陶瓷材料领域。本发明专利技术的多孔堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)的制备方法，以稻谷加工的主要副产物米糠为致孔剂和硅源，包括以下步骤：将米糠、高岭土(2SiO2·Al2O3·2H2O)、氧化镁(MgO)和任选地二氧化硅(SiO2)的混合物进行球磨和压制，然后将压制后的产物进行烧结，得到多孔堇青石。本发明专利技术有效利用了产量巨大的米糠，提高了米糠的利用率和经济效益。此制备工艺简单，易于实施，所制得的多孔堇青石具有显气孔率高，抗弯强度大和热膨胀系数小等特点，适合作为催化剂的载体应用于催化剂领域。

【技术实现步骤摘要】
多孔堇青石及其制备方法和应用
本专利技术涉及多孔陶瓷材料领域，尤其是涉及一种多孔堇青石及其制备方法和应用。
技术介绍
多孔堇青石是一种硅酸盐矿物，其化学式为2MgO·2Al2O3·5SiO2，可含有Na、K、Ca、Fe、Mn等元素及H2O，具有热膨胀系数小，耐火性好，抗震性强，化学性质稳定和显气孔率高等特点，被广泛应用于空气净化和催化剂等领域。目前常用的多孔堇青石制备方法是以天然矿物为原料，加入致孔剂在高温条件下烧结而成，但是此种方法烧成温度高，且是以不可再生资源为原料。还有一种方法是以正硅酸乙酯为硅源，采用凝胶-溶胶法通过高温烧结来得到堇青石，然而此种方法所用原料价格昂贵，合成过程也较复杂，难以实用化。因此有必要寻找一种成本低、合成工艺简单的多孔堇青石的制备工艺。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种多孔堇青石的制备方法，以缓解现有技术中存在制备成本高和合成工艺复杂的技术问题。本专利技术的第二个目的在于提供上述多孔堇青石制备方法制备的多孔堇青石。本专利技术的第三个目的在于提供上述多孔堇青石在催化剂载体的应用。为了解决上述技术问题，特采用以下技术方案：根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供的一种多孔堇青石的制备方法，包括以下步骤：将米糠、高岭土、氧化镁和任选地二氧化硅的混合物进行球磨和压制，然后将压制后的混合物进行烧结，得到多孔堇青石；米糠占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为3.0～13.0％，优选为9.6％。作为进一步优选技术方案，高岭土占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为72.0～77.0％，优选为74.0％；优选地，氧化镁占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为11.0～14.0％，优选为11.4％；优选地，二氧化硅占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为0～8.0％且不包括0，优选为5.0％。作为进一步优选技术方案，米糠经过预处理，预处理包括：水洗、酸洗、再次水洗和干燥；优选地，酸为盐酸、醋酸、草酸和硫酸，酸优选为盐酸，盐酸优选质量分数为10％。作为进一步优选技术方案，球磨时间为2～5h，优选为3h。作为进一步优选技术方案，压制压力为14～16MPa，优选为15MPa。作为进一步优选技术方案，首先将压制后的混合物升温至280～350℃进行保温，然后继续升温至1250～1350℃进行保温；优选地，首先将压制后的混合物升温至300℃进行保温，然后继续升温至1300℃进行保温；优选地，在280～350℃下的保温时间为1.8～2.3h，在1250～1350℃下的保温时间为1.8～2.3h；优选地，在280～350℃下的保温时间为2h，在1250～1350℃下的保温时间为3h。作为进一步优选技术方案，以2.8～3.3℃/min的升温速率升温至280～350℃进行保温，然后以4.8～5.3℃/min的升温速率升温至1250～1350℃进行保温；优选地，首先以3℃/min的升温速率升温至280～350℃进行保温，然后以5℃/min的升温速率升温至1250～1350℃进行保温；更优选地，首先以3℃/min的升温速率升温至300℃进行保温，然后以5℃/min的升温速率升温至1300℃进行保温。根据本专利技术的第二方面，，本专利技术提供一种根据多孔堇青石的制备方法制备得到的多孔堇青石。作为进一步优选技术方案，多孔堇青石的显气孔率为28～38％；和/或，的多孔堇青石的抗弯强度为18～28MPa；和/或，的多孔堇青石的热膨胀系数为3.0～3.6。根据本专利技术的第三方面，，提供了上述多孔堇青石在催化剂载体的应用。与现有技术相比，本专利技术包括如下有益效果：本专利技术通过将处理过的米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅进行混合、研磨、压制和煅烧过程来得到多孔堇青石。以稻谷加工的主要副产物米糠为致孔剂和硅源替代不可再生原料，有效利用了产量巨大的米糠，提高了米糠的利用率和经济效益。此制备工艺简单，易于实施，所制得的多孔堇青石的显气孔率为28～38％，抗弯强度为18～28MPa，热膨胀系数为3.0～3.6，适合作为催化剂的载体应用于催化剂领域。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1提供的米糠的热失重曲线图；图2为实施例5所制得的多孔堇青石的X射线衍射图；图3为实施例5所制得的多孔堇青石的扫描电镜图；图4为实施例5所制得的多孔堇青石的超景深三维显微镜图片。具体实施方式下面将结合实施方式和实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。第一方面，在至少一个实施例中提供一种多孔堇青石的制备方法，包括以下步骤：将米糠、高岭土、氧化镁和任选地二氧化硅的混合物进行球磨和压制，然后将压制后的混合物进行烧结，得到多孔堇青石；米糠占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为3.0～13.0％，优选为9.6％。在本专利技术中，米糠典型但非限制性的来源为稻谷。米糠作为稻谷加工的主要副产物，主要由果皮、种皮、外胚乳、糊粉层和胚加工制成，其成分大体分为含碳的有机部分、含硅的无机部分和无机盐三个部分。米糠的热失重曲线图如附图1所示。米糠燃烧主要为含碳组分的燃烧，残留物主要是活性很高的无定形SiO2。米糠作为制备多孔堇青石陶瓷的原料，利用其碳质组分燃烧释放气体致孔，燃烧残留物作为制备多孔堇青石的必要组分，因此，米糠在作为硅源的同时还可作为制备多孔堇青石的致孔剂，为米糠的资源化利用提供新的应用领域。本专利技术不再使用高岭石作为唯一硅源，创造性的提出了以米糠为硅源来制备多孔堇青石。本专利技术将米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅的混合物进行球磨和压制，然后将压制后的产物进行烧结，将得到的烧结物进行X-射线分析，如附图2所示，确定得到的烧结物为多孔堇青石。本专利技术有效利用了产量巨大的米糠，提高了米糠的利用率和经济效益。此制备工艺简单，易于实施，所制得的多孔堇青石显气孔率高，抗弯强度大，热膨胀系数小。在一种优选的实施方式中，高岭土占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为72.0～77.0％，优选为74.0％；氧化镁占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为11.0～14.0％，优选为11.4％；二氧化硅占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为0～8.0％且不包括0，优选为5.0％。在一种优选的实施方式中，米糠典型但非限制性的质量百分比为3.2％、6.4％、9.6％或13.8％％；高岭土典型但非限制性的质量百分比为72.4％、74.6％、75.6％或77.0％；氧化镁典型但非限制性的质量百分比为11.2％、11.4％、11.7％或11.9％；二氧化硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔堇青石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将米糠、高岭土、氧化镁和任选地二氧化硅的混合物进行球磨和压制，然后将压制后的混合物进行烧结，得到多孔堇青石；所述米糠占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为3.0～13.0％，优选为9.6％。

【技术特征摘要】
1.一种多孔堇青石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将米糠、高岭土、氧化镁和任选地二氧化硅的混合物进行球磨和压制，然后将压制后的混合物进行烧结，得到多孔堇青石；所述米糠占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为3.0～13.0％，优选为9.6％。2.根据权利要求1所述的多孔堇青石的制备方法，其特征在于，所述高岭土占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为72.0～77.0％，优选为74.0％；优选地，所述氧化镁占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为11.0～14.0％，优选为11.4％；优选地，所述二氧化硅占米糠、高岭土、氧化镁和二氧化硅总质量的质量百分比为0～8.0％且不包括0，优选为5.0％。3.根据权利要求1所述的多孔堇青石的制备方法，其特征在于，所述米糠经过预处理，所述预处理包括：水洗、酸洗、再次水洗和干燥；优选地，所述酸为盐酸、醋酸、草酸和硫酸，所述酸优选为盐酸，所述盐酸优选质量分数为10％。4.根据权利要求1所述的多孔堇青石的制备方法，其特征在于，所述球磨时间为2～5h，优选为3h。5.根据权利要求1所述的多孔堇青石的制备方法，其特征在于，所述压制压力为14～16MPa，优选为15MPa。6.根据权利要求1-5任一项所述的多孔堇青石的制备方法，其特征在于，首先将压制后的混...

【专利技术属性】
技术研发人员：付争兵，杜军，王锋，丁瑜，杨雄，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42