一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。其技術(shù)方案是：以l(T70wt%的禾本科植物為模板，以3(T90wt%的鋁溶膠為浸漬劑，在常壓或l(Tl04Pa條件下浸漬3~24h，攪拌均勻；再將浸漬有鋁溶膠的禾本科植物在6(T200°C條件下烘烤24~48h，然后在110(Tl40(rC的條件下保溫2~12h，即得禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。本發(fā)明不僅完整地保存了天然植物的本征結(jié)構(gòu)，且在天然植物的孔壁及表面形成了莫來石納米顆粒，不僅細化了孔結(jié)構(gòu)，而且增強了其骨架強度、高溫體積穩(wěn)定性和耐酸耐堿腐蝕性，這種多孔形態(tài)的本征結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積，在高溫隔熱、催化劑載體等領(lǐng)域具有較大的潛力。
【專利說明】一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高硅莫來石【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來 石及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 遺態(tài)材料是借用自然界經(jīng)億萬年的生物自身多層次、多維、多結(jié)構(gòu)的本征結(jié)構(gòu)，通 過人工合成方法，變更其結(jié)構(gòu)組分，制備出既保留自然界生物精細結(jié)構(gòu)，又通過有選擇性的 復(fù)合，人為賦予特性和功能的材料。它主要將植物模板的機理引入無機材料的合成和復(fù)合 材料的制備，以天然植物為模板，制備出各種各樣具有鮮明植物結(jié)構(gòu)特點、獨特的顯微組 織、物理和力學性能可控的多孔無機材料。作為兩相系統(tǒng)中唯一穩(wěn)定存在的晶體一莫來石 本身具有許多優(yōu)良的物理特性，如低膨脹系數(shù)、低導熱、低蠕變、低介電常數(shù)、高耐熱沖擊和 高溫強度等，莫來石的這些特性使得其在耐火材料、高溫結(jié)構(gòu)材料和光學材料等眾多領(lǐng)域 中得到廣泛應(yīng)用，有著重要的工業(yè)價值?？煽亟Y(jié)構(gòu)的多孔莫來石不僅應(yīng)用于有耐熱性要求 的窯爐耐火材料，且應(yīng)用于有耐腐性要求的各種陶瓷燒成窯具如匣缽、棚板、金屬溶液的過 濾器、廢氣凈化用催化載體等領(lǐng)域。
[0003] 目前，國內(nèi)外學者已在嘗試以不同的纖維材料(棉花桿、椰殼和木材等）為模板制 備了具備植物天然結(jié)構(gòu)特征的SiC、A120 3、Si/SiC/C、Ti02、Zr02、TiN/C和SnO2等多孔陶瓷。 如"一種玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)陶瓷基復(fù)合材料的制備方法"（CN101838148A)專利技術(shù)，公開了 以玉米芯結(jié)構(gòu)為模板或以玉米芯結(jié)構(gòu)和前驅(qū)體為復(fù)合模板，燒成溫度為1300-2000°C，經(jīng)真 空碳熱還原反應(yīng)，制備了玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)陶瓷基復(fù)合材料。又如"一種桉樹遺態(tài)Fe 2O3-Fe3O4 復(fù)合重金屬吸附劑的制備方法"（CN102258976A)專利技術(shù)，公開了以桉樹為生物模板、氨水 為浸煮劑、硝酸鐵為前驅(qū)體溶液，獲得了按樹遺態(tài)Fe 2O3-Fe3O4復(fù)合重金屬吸附劑。上述方法 的主要缺陷體現(xiàn)在：（1)碳化天然植物為模板或單一的利用其天然結(jié)構(gòu)，沒能充分利用天 然植物中其他化學組分如SiO 2，間接的造成了浪費；（2)生產(chǎn)工藝復(fù)雜，需要多道工序方能 完成；（3)制品氣孔均為復(fù)制植物結(jié)構(gòu)孔，不具可變性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種成本低和工藝簡單的禾本科植物 結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的制備方法。所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石具有細化 的孔結(jié)構(gòu)，骨架強度、高溫體積穩(wěn)定性和耐酸耐堿腐蝕性良好。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：以l(T7〇Wt%的禾本科植物為模 板，以3(T90wt%的鋁溶膠為浸漬劑，在常壓或10 3~104Pa條件下浸漬:T24h，攪拌均勻；再將 浸漬有鋁溶膠的禾本科植物在6(T200°C條件下烘烤24~48h，然后在110(Tl400°C的條件下 保溫2~12h，即得禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。
[0006] 所述的禾本科植物為糠、稻殼、核桃殼和木屑中的一種以上，粒徑小于0. 088mm。
[0007] 所述的鋁溶膠的PH值為2. 4?3. 8,固含量為0· 5?5. Owt%。
[0008] 由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果： 本發(fā)明所用的主要原料為目前利用價值不大的禾本科植物，產(chǎn)量巨大，來源豐富，具有 高的含碳量和低的硫含量，灰分以SiO2為主，成本較低，且充分利用天然植物中的化學組分 SiO2，避免了原料浪費，變廢為寶。本發(fā)明通過浸漬、烘干和燒成工序，即可作為高溫隔熱原 料、催化劑載體使用，生產(chǎn)工藝簡單；同時，制備的制品空隙多、結(jié)構(gòu)精美復(fù)雜，不僅結(jié)構(gòu)上 完整地遺傳了天然植物的本征結(jié)構(gòu)，亦在天然植物的孔壁及表面形成了莫來石納米顆粒， 增強了其骨架強度，改善了遺態(tài)結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料的組織均勻性和一致性，賦予了其新的 功能，使其具有質(zhì)輕、消振、吸附、催化、高溫體積穩(wěn)定性和耐酸耐堿腐蝕特點，拓展了其使 用領(lǐng)域，具有廣泛的社會和經(jīng)濟價值。同時能夠有效地利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品禾本科植物，為增加 其經(jīng)濟價值提供了一條便捷的利用途徑。
[0009] 本發(fā)明所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積2(T34m2/g，孔隙 率為50?84%，平均孔徑為0. 5?5. 0 μ m。
[0010] 因此，本發(fā)明具有成本低和工藝簡單的特點，所制備的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高 硅莫來石不僅細化了孔結(jié)構(gòu)，且骨架強度、高溫體積穩(wěn)定性和耐酸耐堿腐蝕性良好。

【具體實施方式】
[0011] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的描述，并非對本發(fā)明保護范圍的限 制。
[0012] 本【具體實施方式】所述的糠、稻殼、核桃殼和木屑中的粒徑均小于0. 088mm。實施例 中不再贅述。
[0013] 實施例1 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。所述制備方法是：以l(T20wt% 的禾本科植物為模板，以8(T90wt%的鋁溶膠為浸漬劑，在常壓條件下浸漬3~5h，攪拌均勻； 再將浸漬有鋁溶膠的禾本科植物在6(Tl00°C條件下烘烤24~28h，然后在135(Tl400°C的條 件下保溫2~4h，即得禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。
[0014] 本實施例中：所述的鋁溶膠的PH值為3. 4?3. 8,固含量為4. (Γ5. Owt% ;所述的禾 本科植物為糠。
[0015] 本實施例1所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石石的比表面積2(T22m2/g， 孔隙率為50?55%，平均孔徑為0. 5?I. 0 μ m。
[0016] 實施例2 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。所述制備方法是：以2(T30wt% 的禾本科植物為模板，以7(T80wt%的鋁溶膠為浸漬劑，在常壓條件下浸漬5~8h，攪拌均勻； 再將浸漬有鋁溶膠的禾本科植物在7(TllO°C條件下烘烤28~32h，然后在130(Tl350°C的條 件下保溫4~8h，即得禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。
[0017] 本實施例中：所述的鋁溶膠的PH值為3. 2~3. 4,固含量為3. (Γ4. Owt% ;所述的禾 本科植物為糠。
[0018] 本實施例2所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積22~24m2/g，孔 隙率為55飛0%，平均孔徑為I. (Tl. 5 μ m。
[0019] 實施例3 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。所述制備方法是：以3(T40wt% 的禾本科植物為模板，以6(T70wt%的鋁溶膠為浸漬劑，在常壓條件下浸漬8~10h，攪拌均 勻；再將浸漬有鋁溶膠的禾本科植物在8(Tl20°C條件下烘烤32?36h，然后在125(Tl300°C 的條件下保溫8~10h，即得禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。
[0020] 本實施例中：所述的鋁溶膠的PH值為3. (Γ3. 2,固含量為2. 5?3. Owt% ;所述的禾 本科植物為稻殼。
[0021] 本實施例3所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石石的比表面積24~26m2/g， 孔隙率為60?65%，平均孔徑為1. 5?2. 0 μ m。
[0022] 實施例4 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。所述制備方法是：以4(T50wt% 的禾本科植物為模板，以5(T60wt%的鋁溶膠為浸漬劑，在常壓條件下浸漬l(Tl2h，攪拌均 勻；再將浸漬有鋁溶膠的禾本科植物在9(Tl40°C條件下烘烤36?40h，然后在120(Tl250°C 的條件下保溫l〇~12h，即得禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。
[0023] 本實施例中：所述的鋁溶膠的PH值為2. 8?3. 0,固含量為2. (Γ2. 50wt% ;所述的禾 本科植物為稻殼、核桃殼和木屑。
[0024] 本實施例4所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積26~28m2/g，孔 隙率為65?70%，平均孔徑為2. (Γ2. 5 μ m。
[0025] 實施例5 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。所述制備方法是：以5(T60wt% 的禾本科植物為模板，以4(T50wt%的鋁溶膠為浸漬劑，在I X IO3?2. 5 X IO3Pa條件下浸漬 12~15,攪拌均勻；再將浸漬有鋁溶膠的禾本科植物在10(Γ150?條件下烘烤40~44h，然后 在115(Tl200°C的條件下保溫6~12h，即得禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。
[0026] 本實施例中：所述的鋁溶膠的PH值為2. 6~2. 8,固含量為I. (Γ2. Owt% ;所述的禾 本科植物為木屑。
[0027] 本實施例5所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積28~30m2/g，孔 隙率為7〇?75%，平均孔徑為2. 5?3. 0 μ m。
[0028] 實施例6 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。所述制備方法是：以6(T70wt% 的禾本科植物為模板，以3(T40wt%的鋁溶膠為浸漬劑，在2. 5 X IO3?5. 0 X IO3Pa條件下浸漬 15~18h，攪拌均勻；再將浸漬有鋁溶膠的禾本科植物在ll(Tl6(rC條件下烘烤44~48h，然后 在110(ril50°C的條件下保溫4~10h，即得禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。
[0029] 本實施例中：所述的鋁溶膠的PH值為2. 4~2. 6,固含量為0. 5~1. Owt% ;所述的禾 本科植物為糠、核桃殼和木屑。
[0030] 本實施例6所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積3(T32m2/g，孔 隙率為75?80%，平均孔徑為3. (Γ3. 5 μ m。
[0031] 實施例7 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高娃莫來石及其制備方法。所述制備方法是：以35~45wt% 的禾本科植物為模板，以55飛5wt%的鋁溶膠為浸漬劑，在5. 0 X 103~7. 5 X IO3Pa條件下浸漬 18~21h，攪拌均勻；再將浸漬有鋁溶膠的禾本科植物在12(Tl80°C條件下烘烤32~40h，然后 在120(Tl30(TC的條件下保溫4飛h，即得禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。
[0032] 本實施例中：所述的鋁溶膠的PH值為2. 9?3. 1，固含量為3. 5?4. Owt% ;所述的禾 本科植物為核桃殼。
[0033] 本實施例7所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積25~27m2/g，孔 隙率為62?68%，平均孔徑為1. 8?2. 4 μ m。
[0034] 實施例8 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高娃莫來石及其制備方法。所述制備方法是：以45~55wt°/〇 的禾本科植物為模板，以45飛5wt%的鋁溶膠為浸漬劑，在7. 5 X 103~1 X IO4Pa條件下浸漬 21?24h，攪拌均勻；再將浸漬有鋁溶膠的禾本科植物在13(T200°C條件下烘烤4(T48h，然后 在115(Tl250°C的條件下保溫6~10h，即得禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。
[0035] 本實施例中：所述的鋁溶膠的PH值為2. 7?2. 9,固含量為2. 5?3. 5wt% ;所述的禾 本科植物為核桃殼和木屑。
[0036] 本實施例8所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積26~28m2/g，孔 隙率為68?74%，平均孔徑為2. 2?2. 8 μ m。
[0037] 實施例9 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。除下述技術(shù)參數(shù)外，其余同實 施例1。
[0038] 本實施例中：所述的禾本科植物為糠和稻殼。
[0039] 本實施例9所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積2(T23m2/g，孔 隙率為50?56%，平均孔徑為0. 5?1. 3 μ m。
[0040] 實施例10 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。除下述技術(shù)參數(shù)外，其余同實 施例2。
[0041] 本實施例中：所述的禾本科植物為糠和木屑。
[0042] 本實施例10所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積23~25m2/g， 孔隙率為56?60%，平均孔徑為1. 3?2. 1 μ m。
[0043] 實施例11 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。除下述技術(shù)參數(shù)外，其余同實 施例3。
[0044] 本實施例中：所述的禾本科植物為糠和核桃殼。
[0045] 本實施例11所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積25~28m2/g， 孔隙率為60?66%，平均孔徑為2. 1?2. 8 μ m。
[0046] 實施例12 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。除下述技術(shù)參數(shù)外，其余同實 施例4。
[0047] 本實施例中：所述的禾本科植物為稻殼和木屑。
[0048] 本實施例12所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石石的比表面積28~30m2/ g，孔隙率為66?72%，平均孔徑為2. 8?3. 4 μ m。
[0049] 實施例13 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。除下述技術(shù)參數(shù)外，其余同實 施例5。
[0050] 本實施例中：所述的禾本科植物為稻殼和核桃殼。
[0051] 本實施例13所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積29~32m2/g， 孔隙率為72?76%，平均孔徑為3. 4?4. 2 μ m。
[0052] 實施例14 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。除下述技術(shù)參數(shù)外，其余同實 施例6。本實施例中：所述的禾本科植物為糠、稻殼和木屑。
[0053] 本實施例14所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積3(T33m2/g， 孔隙率為76?84%，平均孔徑為4. 2?5. 0 μ m。
[0054] 實施例15 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。除下述技術(shù)參數(shù)外，其余同實 施例7。
[0055] 本實施例中：所述的禾本科植物為糠、稻殼和核桃殼。
[0056] 本實施例15所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積3(T32m2/g， 孔隙率為66?70%，平均孔徑為2. (Γ2. 6 μ m。
[0057] 實施例16 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石及其制備方法。除下述技術(shù)參數(shù)外，其余同實 施例8。
[0058] 本實施例中：所述的禾本科植物為糠、稻殼、核桃殼和木屑。
[0059] 本實施例16所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積31~34m2/g， 孔隙率為70?76%，平均孔徑為2. 4?3. 0 μ m。
[0060] 本【具體實施方式】與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果： 本【具體實施方式】所用的主要原料為目前利用價值不大的禾本科植物，產(chǎn)量巨大，來源 豐富，具有高的含碳量和低的硫含量，灰分以SiO2為主，成本較低，且充分利用天然植物中 的化學組分SiO 2，避免了原料浪費，變廢為寶。本【具體實施方式】通過浸漬、烘干和燒成工序， 即可作為高溫隔熱原料、催化劑載體使用，生產(chǎn)工藝簡單；同時，制備的制品空隙多、結(jié)構(gòu)精 美復(fù)雜，不僅結(jié)構(gòu)上完整地遺傳了天然植物的本征結(jié)構(gòu)，亦在天然植物的孔壁及表面形成 了莫來石納米顆粒，增強了其骨架強度，改善了遺態(tài)結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料的組織均勻性和一 致性，賦予了其新的功能，使其具有質(zhì)輕、消振、吸附、催化、高溫體積穩(wěn)定性和耐酸耐堿腐 蝕特點，拓展了其使用領(lǐng)域，具有廣泛的社會和經(jīng)濟價值。同時能夠有效地利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品 禾本科植物，為增加其經(jīng)濟價值提供了一條便捷的利用途徑。
[0061] 本【具體實施方式】所制得的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的比表面積 20?34m2/g，孔隙率為50?84%，平均孔徑為0. 5?5. 0 μ m。
[0062] 因此，本【具體實施方式】具有成本低和工藝簡單的特點，所制備的禾本科植物結(jié)構(gòu) 遺態(tài)的高硅莫來石不僅細化了孔結(jié)構(gòu)，且骨架強度、高溫體積穩(wěn)定性和耐酸耐堿腐蝕性良 好。
【權(quán)利要求】
1. 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的制備方法，其特征在于以l(T70wt%的 禾本科植物為模板，以3(T90wt%的鋁溶膠為浸漬劑，在常壓或10 3~104Pa條件下浸漬 3~24h，攪拌均勻；再將浸漬有鋁溶膠的禾本科植物在6(T200°C條件下烘烤24~48h，然后在 ΙΚΚΓΗΟΟ?的條件下保溫2~12h，即得禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的制備方法，其特征在于 所述的禾本科植物為糠、稻殼、核桃殼和木屑中的一種以上，粒徑小于0. 088mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的制備方法，其特征在于 所述的鋁溶膠的PH值為2. 4?3. 8,固含量為0. 5?5. Owt%。
4. 一種禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石，其特征在于所述禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高 硅莫來石是根據(jù)權(quán)利要求1~3項中任一項所述的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石的制 備方法所制備的禾本科植物結(jié)構(gòu)遺態(tài)的高硅莫來石。
【文檔編號】C04B38/00GK104211426SQ201410457026
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】李遠兵, 劉靜靜, 李淑靜, 李亞偉, 桑紹柏 申請人:武漢科技大學