本发明属于水生态滤材领域，具体涉及一种泡沫陶瓷生态滤材及其制备方法。
背景技术：
：水是生命之源，生命活动都离不开水，水质的优劣与生命的生长、发育以及繁衍密切相关。在水产养殖方面，水中的细菌、固体微粒以及代谢废物也将污染水质，从而影响鱼、虾、蟹等水产品的正常生长。现有的水族滤材透气、透水性效果一般，孔隙率较低，比表面积较小，在使用一段时间后，水族滤材表面会出现一层菌膜，但随着菌膜厚度的增加，菌膜易发生自动脱落，影响水质。泡沫陶瓷是一种含有较多孔洞的无机非金属材料，并且能够利用材料中孔洞的结构或表面积，结合材料本身的材质，来达到所需要的物理及化学性能的材料。硅藻泥是一种纳米级的多孔材料(微孔直径约0.1-0.2微米)，孔隙率高达90％，规则、整齐地排列成圆形和针形，其单位面积上的微细孔数量比木炭还要多出数千倍；其主要成分为蛋白石，富含多种有益矿物质，质地轻软；作为一种优质的水生态滤材，具有极强的物理吸附性能和离子交换性能，可吸附水中的细菌、微细颗粒和病毒，并缓慢持续释放负氧离子，能有效分解甲醛、苯、氡气等有害物质。中国专利cn106187308a公开了一种多孔硅藻土陶瓷及其制备方法，以硅藻土为基材，添加发泡剂、稳泡剂和分散剂等助剂，经过机械搅拌、注浆成型、固化和脱模等工艺，在1000℃～1300℃条件下烧结制得多孔硅藻土陶瓷。目前，多孔陶瓷滤材的制备原料大多需要外加多种助溶剂和粘结剂等有机助剂，此类原料配方复杂，滤材在净化水质的过程中可能析出有害助剂污染水质；同时，传统的多孔陶瓷滤材开口气孔一般分布在滤材表面，内部多为闭口气孔，比表面积和孔隙率相对较低，通过物理吸附来净化水质而不能进行渗透过滤净化水质，净化效果和应用范围有限。技术实现要素：本发明的目的是提供了一种原料简单的泡沫陶瓷生态滤材配方，同时改进现有的烧制方法，采用聚氨酯泡沫作为吸浆成型材料，分步升温烧结的方式制得孔隙多、比表面积大、富含多种天然矿物质，具有净化水质以及释放负氧离子等功效的泡沫陶瓷生态滤材，该滤材不仅能通过吸附净化水质，还能够渗透过滤净化水质，使用效果好，应用范围广。本发明的技术方案如下：一种泡沫陶瓷生态滤材，其特征在于：所述泡沫陶瓷生态滤材即将聚氨酯泡沫浸泡于浆料中进行挂浆，经过干燥、高温焙烧所得；所述聚氨酯泡沫内部具有三维网状结构的开口气孔；所述浆料由以下重量份原料制得：硅藻泥56-64份；高岭土15-18份；石灰石7-8份；钾长石10-13份；膨润石8-11份；水24-76份。优选的，所述浆料由以下重量份的原料制得：硅藻泥57份、高岭土16份、石灰石7份、钾长石10份、膨润石9份以及水42份。优选的，所述浆料由以下重量份的原料制得：硅藻泥63份、高岭土17份、石灰石8份、钾长石12份、膨润石10份以及水47份。一种泡沫陶瓷生态滤材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)浆料制备：分别对硅藻泥、高岭土、石灰石、钾长石和膨润石进行研磨并且过150-300目筛，得到细原料；将硅藻泥、高岭土、石灰石、钾长石和膨润石的细原料用混料搅拌机搅拌均匀，得到混合配料；将混合配料与水混合，得到固含量为60％～80％的浆料；(2)聚氨酯泡沫预处理：将40-80ppi的聚氨酯泡沫放置于ph值为8.0-10的碱性溶液中浸泡25-35分钟，再将碱性溶液浸泡后的聚氨酯泡沫放置于质量分数为0.5％的羟甲基纤维素中浸泡5-10小时进行表面活性处理；(3)吸浆成型：将预处理后的聚氨酯泡沫浸入浆料中进行初次挂浆，对初次挂浆后的聚氨酯泡沫进行初次干燥；将初次干燥后的聚氨酯泡浸入浆料中进行二次挂浆，对二次挂浆后的聚氨酯泡沫进行二次干燥，得到泡沫陶瓷生坯；(4)将二次干燥后的泡沫陶瓷生坯加热，从室温25℃以2.5℃/分钟～2.8℃/分钟的升温速率均匀升温7小时至1075℃～1201℃后保温2小时；(5)保温后以3.0℃/分钟～3.5℃/分钟的升温速率均匀升温1小时升至1255℃～1411℃的烧结温度后保温8小时，即得泡沫陶瓷生态滤材。优选的，挂浆后的所述聚氨酯泡沫在高温焙烧过程中被烧除，浆料经高温烧结形成陶瓷微颗粒；所述陶瓷微颗粒相互联结，形成相互交错的三维网状结构。优选的，步骤(1)中原料的研磨方法为：将研磨介质与待研磨原料按照质量比为15％～20％的比例加入球磨机内混合研磨12小时；所述研磨介质为直径120毫米的鹅卵石或高铝瓷球。优选的，步骤(3)中初次挂浆时间为2～4小时，二次挂浆时间为1～2.5小时。优选的，步骤(3)中初次干燥和二次干燥均在真空干燥箱中进行，其真空干燥工艺参数均为：干燥温度90～110℃，干燥时间4～9小时。优选的，步骤(4)和步骤(5)的高温烧结过程均为有氧常压烧结。本发明具有如下有益效果：1、本发明提供了一种简单的陶瓷滤材配料，该滤材采用硅藻泥作为基材，硅藻泥质地轻软，富含多种有益矿物质，是一种水族生物非常喜爱的多孔材料，可吸附水中的细菌、微细颗粒和病毒，并缓慢持续释放负氧离子，具有极强的物理吸附性能和离子交换性能，净化水质效果显著。2、本发明提供了一种优质的泡沫陶瓷生态滤材，该滤材具有三维网状结构和开口气孔，网络状的开口气孔既可以作为物理吸附材料，通过吸附水中的病毒、固体微粒和细菌，又可以作为渗透过滤材料，将粒径较大的固体颗粒拦截，净化效果好，使用范围广。3、本发明提供了一种多孔的陶瓷滤材，该滤材孔隙率高，比表面积大，可同时为大量的硝化细菌提供生活场所，促进硝化细菌分解水中污染物；使用一段时间后将该滤材从水中取出，可通过清洗有效将其孔隙中附着的厚菌膜以及吸附的固体微粒去除，利用率高，可节约成本。4、本发明采用聚氨酯泡沫吸浆成型，焙烧后其内部形成的孔隙排列均匀有序，在密度降低、孔隙率提高的同时，还具有较高的抗压强度。5、本发明改进了原有陶瓷滤材一次高温烧结的方式，采用分步升温烧结的方式，设置初次、二次干燥脱水过程，防止烧结过程中滤材出现裂纹以及对陶瓷滤材表面的损坏；将升温、保温和再升温过程结合，使得滤材内部均匀受热，能够烧透，保证滤材结构稳定。6、本发明提供两次挂浆、干燥的方法，可促进浆料充分渗入聚氨酯泡沫内部，使浆料充分填满聚氨酯泡沫的孔隙，提高焙烧后滤材的连续性和强度，防止吸浆补不充分而导致焙烧后滤材开裂或松垮。具体实施方式为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进进一步说明，实施例只用于解释本发明，并不会对本发明构成任何限定。实施例1：根据前述的一种泡沫陶瓷生态滤材的制备方法，按以下步骤制成：首先，分别对硅藻泥、高岭土、石灰石、钾长石和膨润石进行研磨并且过270目筛，得到细原料，将如下重量组份的硅藻泥56份、龙岩高岭土16份、石灰石8份、钾长石12份和膨润石9份的细原料用混料搅拌机搅拌均匀，得到混合配料，过筛的主要目的是除去未研磨充分的大块原料，使坯料更加均匀且更容易渗入聚氨酯泡沫内部；将混合配料与67份水混合，得到固含量为60％的浆料；将60ppi的聚氨酯泡沫放置于ph值为9的氢氧化钠溶液中浸泡35分钟，再将浸泡后的聚氨酯泡沫放置于质量分数为0.5％的羟甲基纤维素中浸泡6小时进行表面活性处理，使聚氨酯泡沫更容易吸附浆料，减少聚氨酯泡沫内部未充分吸浆而导致泡沫陶瓷松垮；其次，将预处理后的聚氨酯泡沫浸入浆料中并反复挤压揉搓进行初次挂浆3小时，之后放入100℃真空干燥箱初次干燥6小时，再将初次干燥后的聚氨酯泡沫浸入浆料中进行二次挂浆2小时，之后再放入100℃真空干燥箱二次干燥6小时，得到泡沫陶瓷生坯，聚氨酯泡沫反复挤压揉搓和二次挂浆的目的是促进浆料充分渗入聚氨酯泡沫，从而提高聚氨酯泡沫的吸浆速度以及烧结后泡沫陶瓷滤材的强度；接着，将二次干燥后得到的泡沫陶瓷生坯加热，从室温以2.5℃/分钟～2.8℃/分钟的升温速率均匀升温7小时至1075℃～1201℃后保温2小时，保温2小时的目的是使内、外层的浆料加热均匀；最后，将保温2小时后的泡沫陶瓷以3.0℃/分钟～3.5℃/分钟的升温速率均匀升温1小时升至1255℃～1411℃的烧结温度后保温8小时，泡沫陶瓷生态滤材制得出料。实施例2：首先，分别对硅藻泥、高岭土、石灰石、钾长石和膨润石进行研磨并且过270目筛，得到细原料，将如下重量组份的硅藻泥58份、龙岩高岭土17份、石灰石7份、钾长石11份以及膨润石8份的细原料用混料搅拌机搅拌均匀，得到混合配料，过筛的主要目的是除去未研磨充分的大块原料，使坯料更加均匀且更容易渗入聚氨酯泡沫内部；将混合配料与54份水混合，得到固含量为65％的浆料；将60ppi的聚氨酯泡沫放置于ph值为9的氢氧化钠溶液中浸泡35分钟，再将浸泡后的聚氨酯泡沫放置于质量分数为0.5％的羟甲基纤维素中浸泡6小时进行表面活性处理，使聚氨酯泡沫更容易吸附浆料，减少聚氨酯泡沫内部未充分吸浆而导致泡沫陶瓷松垮；其次，将预处理后的聚氨酯泡沫浸入浆料中并反复挤压揉搓进行初次挂浆3小时，之后放入100℃真空干燥箱初次干燥6小时，再将初次干燥后的聚氨酯泡沫浸入浆料中进行二次挂浆2小时，之后再放入100℃真空干燥箱二次干燥6小时，得到泡沫陶瓷生坯，聚氨酯泡沫反复挤压揉搓和二次挂浆的目的是促进浆料充分渗入聚氨酯泡沫，从而提高聚氨酯泡沫的吸浆速度以及烧结后泡沫陶瓷滤材的强度；接着，将二次干燥后得到的泡沫陶瓷生坯加热，从室温以2.5℃/分钟～2.8℃/分钟的升温速率均匀升温7小时至1075℃～1201℃后保温2小时，保温2小时的目的是使内、外层的浆料加热均匀；最后，将保温2小时后的泡沫陶瓷以3.0℃/分钟～3.5℃/分钟的升温速率均匀升温1小时升至1255℃～1411℃的烧结温度后保温8小时，泡沫陶瓷生态滤材制得出料。实施例3：首先，分别对硅藻泥、高岭土、石灰石、钾长石和膨润石进行研磨并且过270目筛，得到细原料，将如下重量组份的硅藻泥60份、龙岩高岭土16份、石灰石8份、钾长石10份以及膨润石11份的细原料用混料搅拌机搅拌均匀，得到混合配料，过筛的主要目的是除去未研磨充分的大块原料，使坯料更加均匀且更容易渗入聚氨酯泡沫内部；将混合配料与45份水混合，得到固含量为70％的浆料；将60ppi的聚氨酯泡沫放置于ph值为9的氢氧化钠溶液中浸泡35分钟，再将浸泡后的聚氨酯泡沫放置于质量分数为0.5％的羟甲基纤维素中浸泡6小时进行表面活性处理，使聚氨酯泡沫更容易吸附浆料，减少聚氨酯泡沫内部未充分吸浆而导致泡沫陶瓷松垮；其次，将预处理后的聚氨酯泡沫浸入浆料中并反复挤压揉搓进行初次挂浆3小时，之后放入100℃真空干燥箱初次干燥6小时，再将初次干燥后的聚氨酯泡沫浸入浆料中进行二次挂浆2小时，之后再放入100℃真空干燥箱二次干燥6小时，得到泡沫陶瓷生坯，聚氨酯泡沫反复挤压揉搓和二次挂浆的目的是促进浆料充分渗入聚氨酯泡沫，从而提高聚氨酯泡沫的吸浆速度以及烧结后泡沫陶瓷滤材的强度；接着，将二次干燥后得到的泡沫陶瓷生坯加热，从室温以2.5℃/分钟～2.8℃/分钟的升温速率均匀升温7小时至1075℃～1201℃后保温2小时，保温2小时的目的是使内、外层的浆料加热均匀；最后，将保温2小时后的泡沫陶瓷以3.0℃/分钟～3.5℃/分钟的升温速率均匀升温1小时升至1255℃～1411℃的烧结温度后保温8小时，泡沫陶瓷生态滤材制得出料。实施例4：首先，分别对硅藻泥、高岭土、石灰石、钾长石和膨润石进行研磨并且过270目筛，得到细原料，将如下重量组份的硅藻泥62份、龙岩高岭土17份、石灰石7份、钾长石11份以及膨润石8份的细原料用混料搅拌机搅拌均匀，得到混合配料，过筛的主要目的是除去未研磨充分的大块原料，使坯料更加均匀且更容易渗入聚氨酯泡沫内部；将混合配料与35份水混合，得到固含量为75％的浆料；将60ppi的聚氨酯泡沫放置于ph值为9的氢氧化钠溶液中浸泡35分钟，再将浸泡后的聚氨酯泡沫放置于质量分数为0.5％的羟甲基纤维素中浸泡6小时进行表面活性处理，使聚氨酯泡沫更容易吸附浆料，减少聚氨酯泡沫内部未充分吸浆而导致泡沫陶瓷松垮；其次，将预处理后的聚氨酯泡沫浸入浆料中并反复挤压揉搓进行初次挂浆3小时，之后放入100℃真空干燥箱初次干燥6小时，再将初次干燥后的聚氨酯泡沫浸入浆料中进行二次挂浆2小时，之后再放入100℃真空干燥箱二次干燥6小时，得到泡沫陶瓷生坯，聚氨酯泡沫反复挤压揉搓和二次挂浆的目的是促进浆料充分渗入聚氨酯泡沫，从而提高聚氨酯泡沫的吸浆速度以及烧结后泡沫陶瓷滤材的强度；接着，将二次干燥后得到的泡沫陶瓷生坯加热，从室温以2.5℃/分钟～2.8℃/分钟的升温速率均匀升温7小时至1075℃～1201℃后保温2小时，保温2小时的目的是使内、外层的浆料加热均匀；最后，将保温2小时后的泡沫陶瓷以3.0℃/分钟～3.5℃/分钟的升温速率均匀升温1小时升至1255℃～1411℃的烧结温度后保温8小时，泡沫陶瓷生态滤材制得出料。实施例5：首先，分别对硅藻泥、高岭土、石灰石、钾长石和膨润石进行研磨并且过270目筛，得到细原料，将如下重量组份的硅藻泥64份、龙岩高岭土18份、石灰石7份、钾长石10份以及膨润石8份的细原料用混料搅拌机搅拌均匀，得到混合配料，过筛的主要目的是除去未研磨充分的大块原料，使坯料更加均匀且更容易渗入聚氨酯泡沫内部；将混合配料与27份水混合，得到固含量为80％的浆料；将60ppi的聚氨酯泡沫放置于ph值为9的氢氧化钠溶液中浸泡35分钟，再将浸泡后的聚氨酯泡沫放置于质量分数为0.5％的羟甲基纤维素中浸泡6小时进行表面活性处理，使聚氨酯泡沫更容易吸附浆料，减少聚氨酯泡沫内部未充分吸浆而导致泡沫陶瓷松垮；其次，将预处理后的聚氨酯泡沫浸入浆料中并反复挤压揉搓进行初次挂浆3小时，之后放入100℃真空干燥箱初次干燥6小时，再将初次干燥后的聚氨酯泡沫浸入浆料中进行二次挂浆2小时，之后再放入100℃真空干燥箱二次干燥6小时，得到泡沫陶瓷生坯，聚氨酯泡沫反复挤压揉搓和二次挂浆的目的是促进浆料充分渗入聚氨酯泡沫，从而提高聚氨酯泡沫的吸浆速度以及烧结后泡沫陶瓷滤材的强度；接着，将二次干燥后得到的泡沫陶瓷生坯加热，从室温以2.5℃/分钟～2.8℃/分钟的升温速率均匀升温7小时至1075℃～1201℃后保温2小时，保温2小时的目的是使内、外层的浆料加热均匀；最后，将保温2小时后的泡沫陶瓷以3.0℃/分钟～3.5℃/分钟的升温速率均匀升温1小时升至1255℃～1411℃的烧结温度后保温8小时，泡沫陶瓷生态滤材制得出料。对比实施例：以硅藻土为原料，添加离子水、发泡剂、稳泡剂和分散剂混合均匀，得到混合浆料；将混合浆料注入模具，在10℃～70℃空气气氛下固化6～12小时，脱模得到生坯；将生坯在1000℃～1300℃条件下保温1～3小时烧结制得多孔硅藻土陶瓷。表1为实施例3制备的泡沫陶瓷生态滤材中矿物质的含量分析由表1可知本发明中制备的泡沫陶瓷生态滤材富含多种天然矿物质，天然矿物表面具有吸附作用，在截留过滤过程中可兼具吸附水中溶解性微粒物、微生物和某些金属离子，提高滤材对水的净化作用。表2为泡沫陶瓷生态滤材的孔隙率检测样品实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对比实施例孔隙率(％)89.487.386.988.692.576.8孔隙率，是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。材料孔隙率或密实度大小直接反映材料的密实程度，材料的孔隙率高，则表示密实程度小。在高温烧结(1050℃～1250℃)过程中，聚氨酯泡沫(熔点170℃～190℃)被燃烧除去，原先填充至聚氨酯泡沫的浆料焙烧后形成泡沫陶瓷的骨架，而聚氨酯泡沫被燃烧后形成三维网状结构的贯通气孔。随笔实施例的试验数据呢由表2可知本发明中制备的泡沫陶瓷生态滤材的孔隙率很高，可达92.5％。随着浆料固含量从60％逐步提升到80％，烧结制得的泡沫陶瓷生态滤材的孔隙率先下降后上升。当浆料固含量为60％～70％，浆料的流动性能好，聚氨酯泡沫内部的孔隙逐渐被浆料完全填充，但固含量越高，含水量越低，高温烧结后水分被蒸发，制得的泡沫陶瓷生态滤材孔隙率越低；当浆料固含量从70％逐渐上升到80％，浆料的流动性能逐渐变差，浆料越来越难渗入聚氨酯泡沫内部的孔隙中，导致聚氨酯泡沫有部分孔隙未填充浆料，制得的泡沫陶瓷生态滤材孔隙率越高；对比实施例中多孔硅藻土陶瓷的开口气孔集中在陶瓷表层，陶瓷内层多为闭口气孔，孔隙率为76.8％；因此本发明制备的泡沫陶瓷生态滤材的孔隙率高，吸附能力有明显的提高。表3为泡沫陶瓷生态滤材的抗压强度检测由表3可知本发明中制备的泡沫陶瓷生态滤材随着浆料固含量从60％逐步提升到80％，烧结制得的泡沫陶瓷生态滤材的抗压强度先上升后下降。当浆料固含量为60％～70％，浆料的流动性能好，聚氨酯泡沫内部的孔隙逐渐被浆料完全填充，但固含量越高，含水量越低，高温烧结后形成的陶瓷微粒越多，制得的泡沫陶瓷生态滤材抗压强度越高；当浆料固含量从70％逐渐上升到80％，浆料的流动性能逐渐变差，浆料越来越难渗入聚氨酯泡沫内部的孔隙中，导致聚氨酯泡沫有部分孔隙未填充浆料，高温烧结后泡沫陶瓷内部容易形成局部空腔，内部结构较松散，制得的泡沫陶瓷生态滤材抗压强度越低；对比实施例中多孔硅藻土陶瓷的孔隙率较低，密实度比较高，抗压强度为2.35mpa；但本发明制备的泡沫陶瓷作为一种滤材，抗压强度满足实际使用即可。表4为泡沫陶瓷生态滤材的吸附能力检测样品实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对比实施例增重率(％)29.127.425.326.928.616.5分别称取重量为m1的实施例和对比实施例所制备的陶瓷，然后分别放入6个完全相同的水族养殖箱中放置10天，接着分别取出水族养殖箱中的各陶瓷并将水分蒸发除去，得到陶瓷干燥后的重量m2，再按增重率＝(m2-m1)÷m2×100％的公式计算增重率，增重率越高表明陶瓷的吸附能力越强。由表4可知本发明中制备的泡沫陶瓷生态滤材随着浆料固含量从60％逐步提升到80％，烧结制得的泡沫陶瓷生态滤材的吸附能力先下降后上升。当浆料固含量由60％逐渐增大到70％，制得的泡沫陶瓷生态滤材孔隙率逐渐降低(参见表2)，开口气孔的体积逐渐减小，能附着微粒的空间减小，吸附能力逐渐减弱；当浆料固含量由70％逐渐增大到80％，制得的泡沫陶瓷生态滤材孔隙率逐渐提高(参见表2)，开口气孔的体积逐渐增大，能附着微粒的空间变大，吸附能力逐渐增强；对比实施例中多孔硅藻土陶瓷的开口气孔集中在陶瓷表层，水质中的微粒不能渗透进陶瓷内部，当表层开口气孔被微粒填充后逐渐失去吸附能力。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12