一种有序孔仿生材料及其制备方法和应用技术

技术编号:29440109 阅读:9 留言:0更新日期:2021-07-27 16:50
本发明专利技术公开了一种有序孔仿生材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的有序孔仿生材料的组成成分包括高岭土、钾长石和石英,且其具有定向孔结构,孔径为5μm~160μm。本发明专利技术的有序孔仿生材料的制备方法包括以下步骤:1)将高岭土、钾长石和石英混合后进行球磨,再加入细菌纤维素和有机‑无机复合分散剂,继续球磨,得到陶瓷浆料;2)将陶瓷浆料注入模具,进行冷冻成型,得到陶瓷坯体;3)将陶瓷坯体烧结,即得有序孔仿生材料。本发明专利技术的有序孔仿生材料具有类似于植物木质部导管的结构,化学稳定性好,对重金属污染土壤的修复效果好,且使用后通过超声波清洗等手段进行处理便可以二次再利用。

An ordered porous biomimetic material and its preparation method and Application

The invention discloses an ordered porous bionic material and a preparation method and application thereof. The ordered pore bionic material of the invention comprises kaolin, potassium feldspar and quartz, and has an oriented pore structure with a pore diameter of 5 \u03bc m\uff5e160 \u03bc m\u3002 The preparation method of the ordered porous biomimetic material of the invention comprises the following steps: 1) mixing kaolin, potassium feldspar and quartz for ball milling, adding bacterial cellulose and organic-inorganic composite dispersant, and continuing ball milling to obtain ceramic slurry; 2) The ceramic slurry is injected into the mold for freeze forming to obtain the ceramic body; 3) The ordered porous biomimetic material is obtained by sintering the ceramic body. The ordered pore bionic material of the invention has a structure similar to the plant xylem conduit, has good chemical stability, has good repair effect on the soil polluted by heavy metals, and can be reused after being treated by means of ultrasonic cleaning.

【技术实现步骤摘要】
一种有序孔仿生材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及土壤修复
,具体涉及一种有序孔仿生材料及其制备方法和应用。
技术介绍
土壤是生态系统的重要组成部分,而随着近几十年来世界经济的快速发展,土壤环境状况不容乐观,对公众健康造成了潜在威胁,污染土壤的治理工作迫在眉睫。目前,常采用化学淋洗、电动修复、热解析法和植物修复等方法将重金属从土壤中分离出来,实现污染土壤的修复。化学淋洗是指用水或者合适的溶液,通过淋洗脱除土壤中的重金属,但淋洗剂对土壤理化性质的不良影响限制了其应用。电动修复是指在土壤两侧施加电压,重金属离子在电场作用下富集于电极附近并导出,该方法不仅能耗大,而且仅适用于低渗透性和小块土壤的修复。热解析法能够有效去除土壤中的挥发性重金属,但该方法不仅能耗极大,且气态重金属的回收比较困难。植物修复技术是利用植物对污染物的富集、转移等作用,实现污染土壤的净化,具有原位处理、成本低廉、环境友好和美化景观等优点,但植物修复同样具有局限性,例如:超富集植物种类少、修复周期较长、植物难以在重污染土壤中存活等。综上可知,现有的土壤修复技术均存在明显的缺陷,难以完全满足实际应用的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有序孔仿生材料及其制备方法和应用。本专利技术所采取的技术方案是:一种有序孔仿生材料,其组成成分包括高岭土、钾长石和石英,且其具有定向孔结构,孔径为5μm~160μm。优选的,所述高岭土、钾长石、石英的质量比为50~70:5~30:5~30。r>进一步优选的,所述高岭土、钾长石、石英的质量比为1:0.5~0.6:0.5~0.6。上述有序孔仿生材料的制备方法包括以下步骤:1)将高岭土、钾长石和石英混合后进行球磨,再加入细菌纤维素和有机-无机复合分散剂,继续球磨,得到陶瓷浆料;2)将陶瓷浆料注入模具,进行冷冻成型,得到陶瓷坯体;3)将陶瓷坯体烧结,即得有序孔仿生材料。优选的,步骤1)所述有机-无机复合分散剂由聚丙烯酸钠与焦磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸三钠、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠中的至少一种按照质量比0.5:1~2.5:1复配而成。优选的,步骤1)所述细菌纤维素的用量为高岭土、钾长石和石英总质量的1.5%~9%。优选的,步骤1)所述细菌纤维素以水凝胶的形式添加,细菌纤维素水凝胶的含水率大于95%。优选的,步骤1)所述有机-无机复合分散剂的用量为高岭土、钾长石和石英总质量的0.3%~1.2%。优选的,步骤1)所述陶瓷浆料的固含量为10%~40%。优选的,步骤2)所述模具为圆柱形模具。优选的,步骤2)所述冷冻成型在-30℃~-50℃下进行。优选的,步骤3)所述烧结在1250℃~1400℃下进行。优选的,步骤3)所述烧结在空气气氛中进行。本专利技术的有益效果是:本专利技术的有序孔仿生材料具有类似于植物木质部导管的结构,化学稳定性好,对重金属污染土壤的修复效果好,且使用后通过超声波清洗等手段进行处理便可以二次再利用。具体来说:1)本专利技术的有序孔仿生材料具有高度有序的定向孔结构,这种有序孔的显微结构类似于植物木质部导管结构,相比于通过多元填料、PVC管及底端配件组装的修复装置,从结构上更符合“仿生”的理念;2)本专利技术的有序孔仿生材料进行植物仿生原位修复,突破了植物的生理限制,可以用于重金属污染土壤中的Cu、Zn、Pb、Cr等多种重金属的修复,修复过程中避免了大量化学试剂的使用,不会改变土壤原本的理化性质,且所用材料均对环境友好,绿色安全,不会产生二次污染;3)本专利技术的有序孔仿生材料具有较好的化学稳定性,对使用后的仿生材料采用超声波清洗等手段进行处理便可以二次再利用。附图说明图1为实施例1的有序孔仿生材料的数码照片。图2为实施例1的有序孔仿生材料横截面的二维CT图。图3为实施例1的有序孔仿生材料竖切面的SEM图。图4为实施例1~4中由不同固含量的陶瓷浆料制备的有序孔仿生材料的孔隙率-固含量关系图。图5为实施例1的有序孔仿生材料进行重金属污染土壤修复效果测试的数码照片。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的解释和说明。实施例1:一种有序孔仿生材料,其制备方法包括以下步骤:1)将7.15g的高岭土、3.724g的钾长石和4.022g的石英过200目筛后加入球磨机,调节球磨机的速率至350r/min,球磨3h,再加入85g的细菌纤维素水凝胶(含水率99%)、0.052g的聚丙烯酸钠和0.052g的六偏磷酸钠,继续球磨3.5h,得到固含量15%的陶瓷浆料;2)将陶瓷浆料缓慢注入模具,模具为圆柱形,直径3cm,高13.5cm,再置于冷冻干燥机中,-45℃下冷冻成型,真空干燥,得到陶瓷坯体;3)将陶瓷坯体置于马弗炉中,空气气氛以5℃/min的速率升温至1350℃,保温90min,即得有序孔仿生材料(高度为73.15mm,直径为20.26mm,孔径分布在120μm~160μm范围内)。本实施例制备的有序孔仿生材料的数码照片如图1所示,横截面的二维CT图如图2所示,竖切面的SEM图如图3所示。由图1~图3可知:本实施例制备的有序孔仿生材料内部呈现出定向排列的类植物木质部导管结构的层状有序孔结构,孔分布均匀,层与层之间存在桥连结构,且沿着冰晶生长方向上有明显的取向性。实施例2:一种有序孔仿生材料,其制备方法包括以下步骤:1)将9.533g的高岭土、4.965g的钾长石和5.362g的石英过200目筛后加入球磨机,调节球磨机的速率至350r/min,球磨3h,再加入80g的细菌纤维素水凝胶(含水率99%)、0.07g的聚丙烯酸钠和0.07g的六偏磷酸钠,继续球磨3.5h,得到固含量20%的陶瓷浆料;2)将陶瓷浆料缓慢注入模具,模具为圆柱形,直径3cm,高13.5cm,再置于冷冻干燥机中,-45℃下冷冻成型,真空干燥,得到陶瓷坯体;3)将陶瓷坯体置于马弗炉中,空气气氛以5℃/min的速率升温至1350℃,保温90min,即得有序孔仿生材料(高度为73.27mm,直径为20.61mm,孔径分布在50μm~80μm范围内)。参照实施例1的方法,测试制备的有序孔仿生材料横截面的二维CT图和竖切面的SEM图,结果表明本实施例制备的有序孔仿生材料内部呈现出定向排列的类植物木质部导管结构的层状有序孔结构,孔分布均匀,且沿着冰晶生长方向上有明显的取向性,孔径小于实施例1的有序孔仿生材料。实施例3:一种有序孔仿生材料,其制备方法包括以下步骤:1)将11.917g的高岭土、6.207g的钾长石和6.703g的石英过200目筛后加入球磨机,调节球磨机的速率至350r/min,球磨3h,再加入75g的细菌纤维素水凝胶(含水率99%)、0.087g的聚丙烯酸钠和0.087g的六偏磷酸钠,继续球磨3.5h,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有序孔仿生材料,其特征在于:所述有序孔仿生材料的组成成分包括高岭土、钾长石和石英;所述有序孔仿生材料具有定向孔结构,孔径为5μm~160μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种有序孔仿生材料,其特征在于:所述有序孔仿生材料的组成成分包括高岭土、钾长石和石英;所述有序孔仿生材料具有定向孔结构,孔径为5μm~160μm。


2.根据权利要求1所述的有序孔仿生材料,其特征在于:所述高岭土、钾长石、石英的质量比为50~70:5~30:5~30。


3.权利要求1或2所述的有序孔仿生材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将高岭土、钾长石和石英混合后进行球磨,再加入细菌纤维素和有机-无机复合分散剂,继续球磨,得到陶瓷浆料;
2)将陶瓷浆料注入模具,进行冷冻成型,得到陶瓷坯体;
3)将陶瓷坯体烧结,即得有序孔仿生材料。


4.根据权利要求3所述的有序孔仿生材料的制备方法,其特征在于:步骤1)所述有机-无机复合分散剂由聚丙烯酸钠与焦磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸三钠、磷酸二氢钠、六偏磷酸钠中的至少一种按照质量比0.5:1~2.5:1复配而成。<...

【专利技术属性】
技术研发人员:张志杰何畅冉雪琴钟明峰
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东;44

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