一种NiFe-LDH矿渣基复合吸波胶凝材料及其制备方法

本发明属于固废资源综合利用及环境保护领域，通过综合利用工业源固废资源矿渣，涉及一种复合吸波胶凝材料，特别涉及一种基于层状双金属氢氧化物(ldhs)的矿渣基复合吸波胶凝材料及其制备方法。
背景技术：
：电磁波是由同向且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性，这使得电磁波不仅具有反射、衍射、共振等波动特性，也具有热效应、光电效应、康普顿效应等粒子特性。近年来，随着5g等现代无线通讯技术、城市电力系统、工业系统的快速发展，电磁波作为最常用的无线信息载体已应用于现代居民生活的多个相关领域，如家用电器、无线通讯、现代医疗技术等。电磁波在给人类带来便捷现代生活的同时，也电磁波污染也充斥着整个城市空间，电磁波的粒子特性使其可直接与人体细胞微粒发生相互作用，直接影响人类的身心健康，同时电磁波的波动特性使其极易与其他电磁波发生干涉、衍射现象，对现代工业生产安全、电子设备精密运行、军事设施安全操控也造成了严重的干扰。电磁波已成为继水污染、大气污染、噪音污染之后的具有较大危害且不易防护的第四大污染源，因此电磁波污染逐渐成为社会和科学界关注的热点问题。面对日益严重的电磁污染，目前主要有两种有效的解决措施，分别为电磁屏蔽技术与电磁波吸波材料。电磁屏蔽技术，主要利用电磁屏蔽材料切断外部电磁波的传输路径，保护局部空间不受外来电磁波污染的干扰，但并不能消除电磁波，因此主要应用于局部空间的电磁波环境净化与保护。而电磁波吸波材料可通过吸波剂的介电极化驰豫、磁滞驰豫、涡流效应、电阻热效应等原理将电磁波能量转换成热能耗散掉，从本质上吸收电磁波能量，可以从根本上降低、消除电磁波污染，因此具有更广阔的应用前景。电磁波吸波材料主要包括铁氧体、碳材料、纳米材料、导电高分子材料等。层状双金属氢氧化物(layereddoublehydroxide,ldh)是一类由不同双金属氢氧化物组成的具有层状微观结构的阴离子插层型粘土材料，是水滑石和类水滑石化合物的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料(ldhs)。nife-ldh是一种典型的层状双金属氢氧化物，在催化析氧、超级电容器、电磁波吸收、污染物吸附等领域也表现出显著的优势。已有研究表明，镍铁层状双金属氢氧化物(nife-ldh)具有较多的电子传输通道，在较小的过电位下表现了较高的电流密度和优异的稳定性，同时具有较好的电磁波阻抗匹配和丰富的界面散射以及界面电荷极化，使其在c波段具有很低的电磁波反射率，体现出较好的电磁波吸波性能。矿渣是钢铁工业中的副产品，在高炉炼钢过程中，铁矿石中的二氧化硅、氧化铝等成分经过高温反应最终生成以硅酸盐、硅铝酸盐为主的熔融物，经过淬冷形成质地疏松、多孔的粒状物，即为高炉矿渣，简称矿渣。目前中国矿渣年增量约3亿吨，累年堆存量巨大，虽然目前的综合利用率约为80％，仍有大量堆存矿渣亟待处理。建材化是矿渣、赤泥综合利用的主要方式之一。近年利用矿渣等固废资源制备胶凝材料替代水泥制备建筑材料的研究方兴未艾，一方面可以综合利用固废资源，降低固废堆存对环境的危害，另一方面其生产成本低，生产过程无污染排放，且耐久性优异，因此矿渣等固废在建材领域逐渐得到重视，主要充当水泥的外掺料制备混凝土，但利用氧化镁激发矿渣制备吸波涂层材料的研究尚未见报道。在矿渣资源综合利用方面，矿渣硅铝含量较高，具备一定的活性，目前主要通过碱激发的方式制备胶凝材料实现建材资源化。同时矿渣胶凝材料相比于水泥混凝土材料含有更多的ca、al、fe、mn等金属氧化物成分，极易在电磁场中产生极化，通过极化、驰豫可有效耗散电磁波能量，且电磁波能量转换所得的热能还可保持室内温度，因此矿渣等固废资源可作为电磁波吸波涂料的基体材料，且具有较好的经济效益、环保效益。本发明涉及一种nife-ldhs矿渣基吸波胶凝材料及其制备方法，是以工业源固废资源矿渣、镍铁层状双金属氢氧化物(nife-ldhs)等作为主要原材料，通过激发矿渣活性的方法获得一种生产成本低、吸波性能好的nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料，具有显著的创新意义以及环保、工程实用价值，市场前景非常广阔。技术实现要素：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料及其制备方法，所述材料为一种以矿渣激发相为胶凝材料，以镍铁层状双金属氢氧化物(nife-ldhs)为吸波剂的矿渣基复合吸波胶凝材料，目的是综合利用固废资源矿渣生产一种复合吸波胶凝材料，获得一种成本低、吸波性能优异的复合胶凝材料。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种nife-ldh矿渣基复合吸波胶凝材料，所述吸波胶凝材料是一种以氧化镁激发矿渣为胶凝相，镍铁层状双金属氢氧化物(nife-ldhs)为吸波剂的复合吸波胶凝材料，本发明所述的复合吸波胶凝材料可以在较宽的频率范围内吸收超过90％入射电磁波能量，具有较好的电磁波吸波效果。主要包括矿渣、镍铁层状双金属氢氧化物(nife-ldhs)、激发剂、外加剂及拌合水。原材料各组分的要求如下：矿渣：钢铁冶金工业生产时排除的废渣，其比表面积350-550m2/kg，主要成分包括cao、sio2、al2o3、fe2o3等。nife-ldhs：镍铁层状双金属氢氧化物，孔径16-23nm，比表面积为17.85m2/g。激发剂：氧化镁：白色粉末状固体，主要成分为mgo；外加剂：聚羧酸类减水剂、消泡剂等。拌合水：普通自来水，主要性能指标应符合行业标准《混凝土用水标准》jgj63的规定。结合其试验性能指标，原材料各组分的重量份如下：矿渣300-360份；nife-ldhs3-5份；氧化镁10-20份；减水剂2-5份；消泡剂1-2份；拌合水100-140份；上述原材料的质量允许误差：矿渣：±1％；nife-ldhs：±1％；氧化镁：±1％；减水剂：±0.3％；消泡剂：±0.2％；拌合水：±1％。上述nife-ldh矿渣基复合吸波胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：第一步，精确称取消泡剂、减水剂加入拌合水中，搅拌3min，形成均匀的拌合水溶液。第二步，将精确称量的氧化镁、nife-ldhs加入至第一步制备的拌合水溶液中，置于300w超声环境中处理200s，获得分散均匀的拌合水溶液。第三步，按照配比精确称重矿渣并加入至搅拌锅中，加入第二步所制备的拌合水溶液，以110r/min速率搅拌160s-200s，再以50r/min速率搅拌90s-120s，将制备的浆体灌注至模具中，刮去多余浆体，将装有浆体的磨具放置在养护室中标准养护；第四步，将第三步制备的试样标准养护3天后拆模，继续在空气环境下养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：28±2℃，相对湿度为：70±5％。参考jc/t2499-2018建筑材料吸收电磁波性能测试方法，将制备的nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料试件(厚度20mm)置于吸波暗室中，通过弓形反射法测试其电磁波吸波性能，以电磁波反射率作为性能指标评价其吸波效果。本发明的有益效果为：(1)该型nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料以固废资源矿渣为主要原材料，生产成本低，同时原材料的生产过程、胶凝材料的制备过程碳排放量少，与镍铁层状双金属氢氧化物(nife-ldhs)制备的复合材料不仅具有较好的强度，同时在c波段对电磁波具有较好的吸收效果，在固废资源综合利用方面、环境保护方面具有显著的工程应用价值。(2)将工业固废资源矿渣、镍铁层状双金属氢氧化物(nife-ldhs)作为原材料制备一种新型复合吸波胶凝材料，不仅具有较好的强度，并且对较宽频率范围内的电磁波污染具有较好的吸收效果。在水灰比为0.3，镍铁层状双金属氢氧化物(nife-ldhs)掺量为1％时，养护28天的nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料在在2-18ghz频率范围内最低反射率为-20.3db，电磁波反射率低于-10db(电磁波吸收量超过90％)的频率宽度达5.3ghz，在较宽频率范围内对电磁波具有显著的吸收效果。本发明制备的nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料强度较好，电磁波吸波性能优异，具有显著的创新、环保意义和工程应用前景。附图说明图1为弓形反射法示意图。具体实施方式以下结合具体实施例对本发明做进一步说明：实施例1矿渣：辽宁省鞍钢集团在钢铁生产时排出的废渣，比表面积550m2/kg，300份。nife-ldhs：镍铁层状双金属氢氧化物，孔径16-23nm，比表面积为17.85m2/g，3份。氧化镁：白色粉末状固体，主要成分为mgo，天津市科密欧化学试剂厂生产，10份。减水剂：聚羧酸高效减水剂，2份。消泡剂：磷酸三丁酯，1份。拌合水：大连市自来水，100份。制备步骤如下：精确称量消泡剂、减水剂加入定量拌合水中，搅拌3min使消泡剂、减水剂均匀分布与溶液中，获得拌合水溶液。再将精确称量的氧化镁、nife-ldhs加入至拌合水溶液中，置于300w超声环境中处理200s，获得分散均匀的拌合水溶液。按照配比精确称量矿渣并加入到搅拌锅中，再加入上述制备的拌合水溶液，以110r/min速率搅拌160s，再以50r/min速率搅拌90s，将搅拌好的nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料浆体浇注模具中，刮去多余浆体，将装有浆体的磨具放置于标准养护室中进行养护。将上述制备的试样标准养护3天后拆模，继续在空气环境中养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：28±2℃，相对湿度为：70±5％。实施例2矿渣：辽宁省鞍钢集团在钢铁生产时排出的废渣，比表面积450m2/kg，330份。nife-ldh：镍铁层状双金属氢氧化物，孔径16-23nm，比表面积为17.85m2/g，4份。氧化镁：白色粉末状固体，主要成分为mgo，天津市科密欧化学试剂厂生产，15份。减水剂：聚羧酸高效减水剂，3.5份。消泡剂：磷酸三丁酯，1.5份。拌合水：大连市自来水，120份。制备步骤如下：精确称量消泡剂、减水剂加入定量拌合水中，搅拌3min使消泡剂、减水剂均匀分布与溶液中，获得拌合水溶液。再将精确称量的氧化镁、nife-ldhs加入至拌合水溶液中，置于300w超声环境中处理200s，获得分散均匀的拌合水溶液。按照配比精确称量矿渣并加入到搅拌锅中，再加入上述制备的拌合水溶液，以110r/min速率搅拌180s，再以50r/min速率搅拌110s，将搅拌好的nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料浆体浇注模具中，刮去多余浆体，将装有浆体的磨具放置于标准养护室中进行养护。将上述制备的试样标准养护3天后拆模，继续在空气环境中养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：28±2℃，相对湿度为：70±5％。实施例3矿渣：辽宁省鞍钢集团在钢铁生产时排出的废渣，比表面积350m2/kg，360份。nife-ldh：镍铁层状双金属氢氧化物，孔径16-23nm，比表面积为17.85m2/g，5份。氧化镁：白色粉末状固体，主要成分为mgo，天津市科密欧化学试剂厂生产，20份。减水剂：聚羧酸高效减水剂，5份。消泡剂：磷酸三丁酯，2份。拌合水：大连市自来水，140份。制备步骤如下：精确称量消泡剂、减水剂加入定量拌合水中，搅拌3min使消泡剂、减水剂均匀分布与溶液中，获得拌合水溶液。再将精确称量的氧化镁、nife-ldhs加入至拌合水溶液中，置于300w超声环境中处理200s，获得分散均匀的拌合水溶液。按照配比精确称量矿渣并加入到搅拌锅中，再加入上述制备的拌合水溶液，以110r/min速率搅拌200s，再以50r/min速率搅拌120s，将搅拌好的nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料浆体浇注模具中，刮去多余浆体，将装有浆体的磨具放置于标准养护室中进行养护。将上述制备的实施例1-实施例3试样标准养护3天后拆模，继续在空气环境中养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：28±2℃，相对湿度为：70±5％。参考jc/t2499-2018建筑材料吸收电磁波性能测试方法，将制备的nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料试样(厚度20mm)置于吸波暗室中，通过弓形反射法测试其电磁波吸波性能，以电磁波反射率作为性能指标评价其吸波效果，其中弓形反射法示意图如图1所示。各实施例电磁波吸波性能如表1所示，实施例1-实施例3试样在2ghz-18ghz范围内低于-10db的频率宽度(吸收90％以上入射电磁波能量)、最低反射率分别为5.3ghz、4.9ghz、5.1ghz及-20.3db、-19.7db、-20.0db，可见各实施例电磁波反射率较低，作用频带较宽，具有较好的电磁波吸波效果，且主要原材料为矿渣等工业固废资源，同时实现了固废资源的综合利用，具有较好的创新环保意义及工程应用价值。表1nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料电磁波吸波性能最低电磁波反射率(db)反射率低于-10db的频宽(ghz)实施例1-20.35.3实施例2-19.74.9实施例3-20.05.1由表1可知，本发明所述的nife-ldhs矿渣基复合吸波胶凝材料电磁波反射率较低，可以在较宽的频率范围内可有效吸收电磁波能量，是一种具备电磁波吸波性能的复合胶凝材料，有利于工业固废资源综合利用与净化城市居民生活空间，具有较好的创新环保意义及工程应用价值。以上所述的实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，只是基于本发明整体构思下的某种实现方式，并不用来限定本发明的保护范围。任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明展现的技术范围内做出的的任何修改、改进或替换，均应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12