一种碳化胶凝材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种碳化胶凝材料及其制备方法和应用；该制备方法包括以下步骤：a)将钙质原料与硅质原料进行均化处理，得到钙硅混合料；将木质素通过静电纺丝制得木质素基碳纤维原丝；b)将上述钙硅混合料和木质素基碳纤维原丝混合后依次经预处理和高温处理，冷却后得到碳化胶凝材料。与现有技术相比，本发明专利技术提供的制备方法采用特定原料配合特定工艺步骤，实现整体较好相互作用，制备得到的碳化胶凝材料界面粘结强度高，具有较好的综合性能。具有较好的综合性能。具有较好的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化胶凝材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及碳化胶凝材料
，更具体地说，是涉及一种碳化胶凝材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]传统水泥中的硅酸盐矿物均可进行碳化反应，胶凝材料在碳化硬化过程中可吸收一定量的CO2，永久固定CO2的同时产生一定的强度。随着工业程度的进步，工业废弃物急剧增加，采用碳吸收胶凝材料制备新型碳化胶凝材料是未来发展的方向之一。
[0003]碳纤维因其抗拉强度高、密度低、耐久性好等特质，广泛地应用在汽车交通、工程建设等方面，随着石油资源的枯竭，降低碳纤维的制备成本尤为重要，而决定碳纤维纤维性能及成本的关键因素是碳纤维前躯体本身。木质素作为造纸黑液，如何资源化利用一直是令人们头疼的难题，但其作为自然界最为丰富的生物质材料，成本低、来源广泛、固定碳含量高，引起了众多学者的兴趣。公开号为CN112760751A的中国专利公开了一种孔径可控的自活化木质素基微纳米活性碳纤维的制备方法，采用酸提取法从生物质原料中提取酸法木质素，通过静电纺丝技术将酸化木质素纺制成碳纤维原丝，再进行后续步骤。公开号为CN111393050A的中国专利公开了一种γ
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C2S基胶凝材料的制备方法，采用工业原料制备γ
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C2S，在一定程度上降低了成产成本，但是降低了胶凝材料的抗压强度，碳化性能还有待提升。公开号为CN111393051A的中国专利公开了一种免粉磨碳化硬化型水泥熟料及其制备方法，主要是通过控制熟料中游离氧化钙的含量，使得熟料实现自粉化，达到免粉磨的效果。碳吸收胶凝材料作为一种新型绿色建材在许多国家得到大力的发展，可广泛应用于人造石、预制品等工业生产中，对于实现“碳中和”目标具有重要意义。
[0004]但是，目前的碳化胶凝材料仅通过对胶凝材料的研究设计，不能显著提高碳化胶凝材料的综合性能，使碳化胶凝材料在拉伸强度和韧性等方面还有较大的提升空间。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种碳化胶凝材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的制备方法制备得到的碳化胶凝材料界面粘结强度高，具有较好的综合性能。
[0006]本专利技术提供了一种碳化胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]a)将钙质原料与硅质原料进行均化处理，得到钙硅混合料；将木质素通过静电纺丝制得木质素基碳纤维原丝；
[0008]b)将上述钙硅混合料和木质素基碳纤维原丝混合后依次经预处理和高温处理，冷却后得到碳化胶凝材料。
[0009]优选地，步骤a)中所述钙质原料选自石灰石、贝壳和钢渣中的一种或多种；
[0010]所述硅质原料选自砂岩、煤渣和粉煤灰中的一种或多种；
[0011]所述钙质原料与硅质原料的用量比为钙质原料中氧化钙与硅质原料中二氧化硅摩尔比(2～3)：1。
[0012]优选地，步骤a)中所述均化处理的处理形式为搅拌机或者球磨机的一种或多种。
[0013]优选地，步骤a)中所述木质素选自碱木质素、有机溶剂木质素和酶解木质素中的一种或多种；
[0014]所述木质素基碳纤维原丝的纤维直径为100nm～200nm，长径比为100～200。
[0015]优选地，所述木质素基碳纤维原丝的静电纺丝制备方法为，将木质素和聚丙烯腈按照1～7：99～93配比混合均匀形成混合物A，将混合物A与溶剂按照质量浓度8～13：100的配比制得木质素基碳纤维纺丝溶液，溶剂包括但不限于二甲基亚砜、N
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N二甲基甲酰胺或N
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N二甲基乙酰胺的一种或多种；然后通过静电纺丝法制备出木质素基碳纤维原丝；其中静电纺丝过程中参数：高压电场正极电压+10～20kV，负极
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2～5kV，注射液流速0.1～1.5mL/h，针头距离滚轴表面距离10～15cm；环境温度20～45℃，湿度35～50％
[0016]优选地，步骤b)中所述钙硅混合料和木质素基碳纤维原丝的质量比为(0.01～0.1)：1。
[0017]优选地，步骤b)中所述预处理的方式为预热；所述预热的温度为150℃～400℃，时间为2h～6h；所述高温处理的过程在惰性气体保护下进行；所述高温处理的升温速率为5℃/min～15℃/min，温度为1050℃～1650℃，保温时间为3h～9h。
[0018]本专利技术还提供了一种碳化胶凝材料，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。
[0019]本专利技术还提供了一种碳化胶凝材料制品，由碳化胶凝材料经碳化养护制备而成；所述碳化胶凝材料为上述技术方案所述的碳化胶凝材料。
[0020]优选的，所述碳化养护的时间为48h～86h，浓度为10％～100％，压力为0.1MPa～0.6MPa。
[0021]本专利技术提供了一种碳化胶凝材料及其制备方法和应用；该制备方法包括以下步骤：a)将钙质原料与硅质原料进行均化处理，得到钙硅混合料；将木质素通过静电纺丝制得木质素基碳纤维原丝；b)将上述钙硅混合料和木质素基碳纤维原丝混合后依次经预处理和高温处理，冷却后得到碳化胶凝材料。与现有技术相比，本专利技术提供的制备方法采用特定原料配合特定工艺步骤，实现整体较好相互作用，制备得到的碳化胶凝材料界面粘结强度高，具有较好的综合性能。
[0022]同时，本专利技术提供的制备方法工艺简单，条件易控，且成本低，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0023]图1为本专利技术提供的碳化胶凝材料制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
[0025]本专利技术提供了一种碳化胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]a)将钙质原料与硅质原料进行均化处理，得到钙硅混合料；将木质素通过静电纺丝制得木质素基碳纤维原丝；
[0027]b)将上述钙硅混合料和木质素基碳纤维原丝混合后依次经预处理和高温处理，冷却后得到碳化胶凝材料。
[0028]本专利技术首先将钙质原料与硅质原料进行均化处理，得到钙硅混合料；将木质素通过静电纺丝制得木质素基碳纤维原丝。
[0029]在本专利技术中，所述钙质原料优选选自石灰石、贝壳和钢渣中的一种或多种，更优选为石灰石、贝壳或钢渣。在本专利技术中，所述钙质原料中氧化钙的质量含量优选≥45％。本专利技术对所述钙质原料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售品即可。
[0030]在本专利技术中，所述硅质原料优选选自砂岩、煤渣和粉煤灰中的一种或多种，更优选为砂岩、煤渣或粉煤灰。在本专利技术中，所述硅质原料中氧化钙的质量含量优选≥80％。本专利技术对所述硅质原料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售品即可。
[0031]在本专利技术中，所述钙质原料与硅质原料的用量比优选为钙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将钙质原料与硅质原料进行均化处理，得到钙硅混合料；将木质素通过静电纺丝制得木质素基碳纤维原丝；b)将上述钙硅混合料和木质素基碳纤维原丝混合后依次经预处理和高温处理，冷却后得到碳化胶凝材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述钙质原料选自石灰石、贝壳和钢渣中的一种或多种；所述硅质原料选自砂岩、煤渣和粉煤灰中的一种或多种；所述钙质原料与硅质原料的用量比为钙质原料中氧化钙与硅质原料中二氧化硅摩尔比(2～3)：1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述均化处理的处理形式为搅拌机或者球磨机的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述木质素选自碱木质素、有机溶剂木质素和酶解木质素中的一种或多种；所述木质素基碳纤维原丝的纤维直径为100nm～200nm，长径比为100～200。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述木质素基碳纤维原丝的静电纺丝制备方法为，将木质素和聚丙烯腈按照1～7：99～93配比混合均匀形成混合物A，将混合物A与溶剂按照质量浓度8～13：100的配比制得木质素基碳纤维原丝纺丝溶液，溶剂包括但不限于二甲基亚砜、N
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【专利技术属性】
技术研发人员：马韵升，张晨晨，崔东波，司政凯，孙浩，王健，张余鑫，
申请(专利权)人：山东京韵泰博新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：