一种自组织矿化多级孔凝胶材料及制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种自组织矿化多级孔凝胶材料，该材料是由骨料、胶凝剂、交联剂、发泡剂、催化剂和水采用物理搅拌发泡和化学交联方法制备而成。本发明专利技术还公开了一种自组织矿化多级孔凝胶材料的制备方法和多级孔凝胶在矿山采空区的应用。本发明专利技术公开的自组织矿化多级孔凝胶是通过在水凝胶中添加催化CO2转化物质和增加气固接触面积原位矿化CO2，产生了碳酸钙在泡孔中的多孔自组织矿化凝胶，且煤基固废中的碱性成分与CO2反应生成稳定碳酸盐沉积覆盖于遗煤表面，这不仅可以减少碳排放，而且还可以减少漏风，达到较长时间防治煤自燃的目的。达到较长时间防治煤自燃的目的。达到较长时间防治煤自燃的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种自组织矿化多级孔凝胶材料及制备方法与应用


[0001]本专利技术属于矿山防灭火
，具体涉及一种自组织矿化多级孔凝胶材料及制备方法与应用。

技术介绍

[0002]我国的资源结构有富煤、贫油、少气的特点，这使得煤炭在我国能源消费结构中占据主体地位，针对燃煤产生大量二氧化碳的情况，可以采用碳捕集、利用与封存技术。将CO2矿化封存是实现其长时间存留于采空区内的有效方法，该过程是利用碱性物质与CO2发生化学反应，将CO2吸收并在一定条件下转变成碳酸盐。利用碱性物质吸收CO2，并矿化生成稳定的碳酸盐，从而达到封存CO2防治煤炭自燃的目的。
[0003]将固废和CO2输送至采空区，并在采空区内利用碱性物质对CO2进行矿化封存是一种非常好的负碳排放技术，同时还可以防治采空区灾害的发生。但对于煤炭开采来说，由于煤自燃经常发生在采空区深部或者煤柱内部，外部特征不明显，在防灭火时，难以通过感官去寻找火源位点，因此，深入研究凝胶的流变学性质，对煤矿管道输送设计、采空区扩散流动以及实现直接和间接防灭火的目标具有重要意义。但是影响凝胶流动的因素十分复杂，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自组织矿化多级孔凝胶材料，其特征在于，所述多级孔凝胶材料由以下组分组成：胶凝剂、交联剂、发泡剂、骨料、催化剂、水；所述胶凝剂是由聚乙烯醇、明胶和纳米纤维素混合组成；交联剂选自硼酸钠或多醛基海藻酸钠中的至少一种；发泡剂是由十二烷基硫酸钠、烷基糖苷混合组成；骨料选自粉煤灰、气化灰渣中的至少一种；催化剂选自乙醇胺或二乙醇胺中的至少一种。2.根据权利要求1所述的自组织矿化多级孔凝胶材料，其特征在于，所述多级孔凝胶材料由以下重量份数的组分组成：胶凝剂30份、交联剂4
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6份、发泡剂0.6
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1份、骨料3.09
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4份、催化剂7.5
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9份、水55
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60份；优选的，所述多级孔凝胶材料由以下重量份数的组分组成：胶凝剂30份、交联剂4
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6份、发泡剂0.6份、骨料3.09份、催化剂7.5份、水55.9
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59.9份。3.根据权利要求2所述的一种自组织矿化多级孔凝胶材料，其特征在于，所述胶凝剂中聚乙烯醇的质量与明胶和纳米纤维素的质量之和的比值为1:5
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2:1；所述发泡剂中十二烷基硫酸钠与烷基糖苷的质量比为5:1；优选的，所述胶凝剂中聚乙烯醇的质量与明胶和纳米纤维素的质量之和的比值为1:5、1:2、1:1或2:1。4.根据权利要求1
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3任一项所述的自组织矿化多级孔凝胶材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)A组分的制备：制备纳米纤维素；由纳米纤维素、聚乙烯醇、明胶混合得胶凝剂；将胶凝剂在高温搅拌下溶于水中，然后加入发泡剂，将得到的混合溶液引入泡沫发生器制备预制泡沫，制得A组分；(2)B组分的制备：将骨料和水预混，制备预混骨料；再将预混骨料、催化剂、交联剂混合，搅拌均匀，制得B组分；(3)多级孔自组织矿化凝胶材料的制备：将A组分和B组分混合，在CO2氛围下，搅拌混合30min，待凝胶形成时，停止通CO2并且停止搅拌，最终获得均匀的多孔自组织矿化凝胶材料；优选的，所述步骤(1)中，纳米纤维素制备方法：首先，配置1wt％的纸浆纤维素悬浮液后再加入TEMPO试剂和NaBr，并搅拌20min混合均匀；再以0.5mL/min的速度滴加0.1mol/L NaOH溶液，使混合溶液pH值维持在10
±
0.1；纸浆纤维素完全溶解后，再加入0.1mol/LNaClO；最后，用无水乙醇终止实验，反应产物通过离心、沉淀剂沉淀、洗涤液洗涤、滤膜抽滤，完成纳米纤维素的制备；优选的，所述步骤(1)中，将胶凝剂溶于水中的温度为80℃，搅拌的转速设置为500r/min，溶解时间为2h。5.根据权利要求4所述的自组织矿化多级孔凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在25℃下，采用机械搅拌器进行搅拌，搅拌转速设置为300r/min，搅拌时间为10min；优选的，所述步骤(3)中，搅拌的转速设置为50r/min。6.一种自组织矿化多级孔凝胶材料在矿山采空区(16)的应用，其特征在于，通过多级孔凝胶材料一体化系统制备多级孔凝胶材料，并将多级孔凝胶材料向采空区(16)中注浆或充填，所述多级孔凝胶材料一体化系统包括制备模块(13)、发泡模块(14)、注浆模块(15)和
智能控制模块(17)；所述制备模块(13)包括A组分混合单元(4)、B组分混合单元(5)和发泡剂添加泵(6)；所述发泡剂添加泵(6)依次与A组分混合单元(4)、发泡模块(14)、B组分混合单元(5)连接；B组分混合单元(5)与注浆模块(15)连接；所述发泡模块(14)包括CO2源(1)和发泡器(2)；所述A组分混合单元(4)和所述CO2源(1)各自独立地经发泡器(2)与B组分混合单元(5)连接；所述注浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡相明，张茜，宋媛媛，吴明跃，杜海刚，陆伟，毛静然，姜永茂，杨振宇，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：