本发明专利技术属于建筑保温材料领域，具体为氨基改性SiO2气凝胶协同固废碳化制备的保温建材及方法。本发明专利技术按以下原材料和工艺制备而成：原材料有氨基改性SiO2气凝胶、固体废弃物、碳化激发剂、硅烷偶联剂、有机粘结剂、增稠剂、缓凝剂、减水剂、纤维、水，将原材料分步搅拌均匀，所得拌合物入模成型，在常温常压下的空气中放置24h后拆模获得试件，将试件置于CO2反应釜中，采用低温碳化养护和高温碳化养护的方式，获得保温建材。该方法碳化效率高，固废利用率大，制备的建筑保温材料具有较低的导热系数和良好的保温性能，同时本发明专利技术可应用于捕集工业废气CO2协同制备保温建材领域，具有绿色制造建材的特点。建材的特点。
【技术实现步骤摘要】
氨基改性SiO2气凝胶协同固废碳化制备的保温建材及方法
[0001]本专利技术属于建筑保温材料领域，具体为氨基改性SiO2气凝胶协同固废碳化制备的保温建材及方法。
技术介绍
[0002]随着我国工业的快速发展和城镇化建设的推进，工业固废如钢渣、脱硫石膏、粉煤灰、煤矸石等堆存量逐年增加，城市固废如建筑垃圾、生活垃圾、餐厨垃圾、污水处理厂污泥等越来越多。固废的堆存对环境造成了极大的负面影响，其资源化的大宗利用迫在眉睫。
[0003]在诸多的固废材料中，有一类固废具有相似的特点，即含有很高的Ca含量，尤其是游离CaO含量很高，比如钢渣、工业副产脱硫石膏、循环硫化床锅炉炉内脱硫产生的粉煤灰——固硫灰等。这些材料直接用于建筑材料尤其是水泥制品中，由于活性低，游离CaO易引起材料膨胀开裂。因此，这类固废在建材中的资源化利用率偏低。
[0004]CO2作为温室气体，一个比较有前途的减排方式是碳捕集与封存。其中最安全的方法是基于CO2与钙或镁的氧化物或氢氧化物反应形成稳定的、工业上需要的碳酸盐材料。基于此，钢渣、脱硫石膏、粉煤灰尤其是固硫灰，这些材料富含的钙质材料中的CaO，MgO，CaSO4为捕集和固定CO2生成碳酸盐胶结材料提供了可能。因此，利用富钙固废的固碳功能制备建筑材料，为它们的资源化利用提供了一种途径。
[0005]氨基改性SiO2气凝胶不仅具有普通SiO2气凝胶极低的导热系数和良好的保温性能的特征，而且具有优良的CO2吸附能力，因此在工业废气CO2的吸附和固定化领域具有广阔的应用前景。
[0006]为此，将氨基改性SiO2气凝胶这一纳米CO2吸附材料与固废捕集CO2相结合，采用碳化工艺制备的SiO2气凝胶固废保温建材，不仅提高了固废的资源化利用效率，而且能够提高固废建材碳化工艺的CO2吸附和碳化反应的效率，这将产生良好的环境效益和经济效益。
技术实现思路
[0007]为解决现有技术的缺点和不足，本专利技术提供了氨基改性SiO2气凝胶协同固废碳化制备的保温建材及方法。该方法充分利用氨基改性SiO2气凝胶高效吸附CO2的能力，并协同工业固废固定CO2的能力，通过合理的原料配比和碳化养护工艺，制备得到建筑保温材料，本专利技术可广泛应用于绿色固废建材和建筑节能材料的生产。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0009]氨基改性SiO2气凝胶协同固废碳化制备的保温建材，由以下原材料重量份数组成：氨基改性SiO2气凝胶100～150份，固体废弃物100～850份，碳化激发剂0.5～4.25份，硅烷偶联剂1～8.5份，有机粘结剂4～17份，增稠剂0.3～1.35份，缓凝剂0.05～0.425份，减水剂0.2～1.7份，纤维0.3～3.6份，水120～510份。
[0010]进一步，所述固体废弃物为富含Ca
2+
的固体废弃物，包括钢渣、脱硫石膏、磷石膏、粉煤灰、固硫灰、脱硝粉煤灰中的一种或几种按任意比例混合的混合物；所述碳化激发剂为
碳酸盐，包括碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种按任意比例混合的混合物；所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种按任意比例混合的混合物；所述有机粘结剂为胶粉；所述增稠剂为纤维素；所述缓凝剂为有机酸缓凝剂；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述纤维为无机纤维或有机纤维的一种或几种按任意比例混合的混合物。
[0011]进一步，所述固体废弃物为钢渣、脱硫石膏、粉煤灰，且钢渣、脱硫石膏、粉煤灰的质量比为3:2:1～0.5；所述碳化激发剂为碳酸氢铵；所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷；所述有机粘结剂为可再分散性乳胶粉；所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素；所述缓凝剂为柠檬酸；所述纤维为聚丙烯纤维。钢渣、脱硫石膏、粉煤灰三种材料的合理配比可以促进彼此的碳化程度，提高材料的强度。采用碳化激发剂以提高碳化建材的碳化效率和强度。当采用的碳化激发剂为碳酸氢铵时，显著提高了钢渣、脱硫石膏、粉煤灰各自的碳化率，提高了碳化制备建材的性能。首先，碳酸氢铵进入材料液相提高了碱度，增加了钢渣的水化反应；其次，碳酸氢铵溶解产生的CO
32-，提高了材料液相中的CO
32-饱和度，增加了钢渣、脱硫石膏、粉煤灰中Ca
2+
生成CaCO3的效率；再次，碳酸氢铵分解产生的NH
4+
提高了材料中液相的碱性，进一步加快了材料吸收CO2并转化为CO
32-的效率，从而提高了碳化效率；最后，在高温碳化反应阶段，碳酸氢铵可以促进钢渣、粉煤灰中含钙无定形相参与碳化反应，进一步提高材料的强度。采用硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷可以提高气凝胶与固体废弃物碳化生产的碳酸盐无机胶凝材料的界面粘结性能，从而提高材料的最终强度。采用有机粘结剂可再分散性乳胶粉提高了材料的柔韧性能。采用增稠剂羟丙基甲基纤维素提高材料制备时浆体的粘稠度，从而提高浆体的工作性能。采用缓凝剂柠檬酸解决钢渣、脱硫石膏加水制备浆体时产生的凝结时间过短而影响材料的成型和强度问题。采用纤维以提高材料最终的柔韧性和抗折性能。
[0012]进一步，所述氨基改性SiO2气凝胶由以下工艺制备而成：
[0013](1)将水玻璃和水混合搅拌，搅拌均匀后，边搅拌边加入硝酸，将溶液pH值调节至1～2，再搅拌30min得到SiO2水溶胶；
[0014](2)将3-氨丙基三乙氧基硅烷与无水乙醇混合搅拌2h，制备得到氨基改性液；
[0015](3)将所述步骤(2)获得的氨基改性液加入到所述步骤(1)获得的SiO2水溶胶中，在0～20℃下搅拌均匀后，静置待其凝胶，获得氨基改性SiO2湿凝胶；
[0016](4)将所述步骤(3)获得的氨基改性SiO2湿凝胶置于水中老化24h，取出所述氨基改性SiO2湿凝胶置于无水乙醇中溶剂置换24h，获得氨基改性SiO2醇凝胶；
[0017](5)将所述步骤(4)获得的氨基改性SiO2醇凝胶置于正己烷和六甲基二硅氮烷的混合溶液中进行疏水改性24h，获得疏水氨基改性SiO2醇凝胶；
[0018](6)将所述步骤(5)获得的疏水氨基改性SiO2醇凝胶采用常压干燥工艺，所述干燥工艺的温度梯度为60℃干燥6h，80℃干燥6h，105℃干燥6h，120℃干燥2h，获得氨基改性SiO2气凝胶。采用合理的制备工艺参数和烘干温度，在降低氨基改性SiO2气凝胶制备成本的同时，可显著降低其表观密度和导热系数，获得保温性能更好的氨基改性SiO2气凝胶。
[0019]进一步，所述步骤(1)中水玻璃与水的体积比为1:4；所述硝酸的浓度为2mol/L。所述步骤(2)中的3-氨丙基三乙氧基硅烷与无水乙醇的摩尔比为1：10；所述3-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇与步骤(1)中的水的摩尔比为1:10:40。所述步骤(4)中水的体积为氨基改
性SiO2湿凝胶体积的2倍；所述无水乙醇的体积为氨基改性SiO2湿凝胶体积的2倍。所述步骤(本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.氨基改性SiO2气凝胶协同固废碳化制备的保温建材，其特征在于：所述氨基改性SiO2气凝胶协同固废碳化制备的保温建材由以下原材料重量份数组成：氨基改性SiO2气凝胶100～150份，固体废弃物100～850份，碳化激发剂0.5～4.25份，硅烷偶联剂1～8.5份，有机粘结剂4～17份，增稠剂0.3～1.35份，缓凝剂0.05～0.425份，减水剂0.2～1.7份，纤维0.3～3.6份，水120～510份。2.根据权利要求1所述的氨基改性SiO2气凝胶协同固废碳化制备的保温建材，其特征在于：所述固体废弃物为富含Ca
2+
的固体废弃物，包括钢渣、脱硫石膏、磷石膏、粉煤灰、固硫灰、脱硝粉煤灰中的一种或几种按任意比例混合的混合物；所述碳化激发剂为碳酸盐，包括碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种按任意比例混合的混合物；所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种按任意比例混合的混合物；所述有机粘结剂为胶粉；所述增稠剂为纤维素；所述缓凝剂为有机酸缓凝剂；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述纤维为无机纤维或有机纤维的一种或几种按任意比例混合的混合物。3.根据权利要求2所述的氨基改性SiO2气凝胶协同固废碳化制备的保温建材，其特征在于：所述固体废弃物为钢渣、脱硫石膏、粉煤灰，且钢渣、脱硫石膏、粉煤灰的质量比为3:2:1～0.5；所述碳化激发剂为碳酸氢铵；所述硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷；所述有机粘结剂为可再分散性乳胶粉；所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素；所述缓凝剂为柠檬酸；所述纤维为聚丙烯纤维。4.根据权利要求1所述的氨基改性SiO2气凝胶协同固废碳化制备的保温建材，其特征在于：所述氨基改性SiO2气凝胶由以下工艺制备而成：(1)将水玻璃和水混合搅拌，搅拌均匀后，边搅拌边加入硝酸，将溶液pH值调节至1～2，再搅拌30min得到SiO2水溶胶；(2)将3-氨丙基三乙氧基硅烷与无水乙醇混合搅拌2h，制备得到氨基改性液；(3)将所述步骤(2)获得的氨基改性液加入到所述步骤(1)获得的SiO2水溶胶中，在0～20℃下搅拌均匀后，静置待其凝胶，获得氨基改性SiO2湿凝胶；(4)将所述步骤(3)获得的氨基改性SiO2湿凝胶置于水中老化24h，取出所述氨基改性SiO2湿凝胶置于无水乙醇中溶剂置换24h，获得氨基改性SiO2醇凝胶；(5)将所述步骤(4)获得的氨基改性SiO2醇凝胶置于正己烷和六甲基二硅氮烷的混合溶液中进行疏水改性24h，获得疏水氨基改性SiO2醇凝胶；(6)将所述步骤(5)获得的疏水氨基改性SiO2醇凝胶采用常压干燥工艺，所述干燥工艺的温度梯度为60℃干燥6h，80℃干燥6h，105℃干燥6h，120℃干燥2h，获得氨基改性SiO2气凝胶。5.根据权利要求4所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾冠华，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：
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