一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。其技术方案是：以l(T70wt%的禾本科植物为模板，以3(T90wt%的铝溶胶为浸渍剂，在常压或l(Tl04Pa条件下浸渍3~24h，搅拌均匀；再将浸渍有铝溶胶的禾本科植物在6(T200°C条件下烘烤24~48h，然后在110(Tl40(rC的条件下保温2~12h，即得禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。本发明不仅完整地保存了天然植物的本征结构，且在天然植物的孔壁及表面形成了莫来石纳米颗粒，不仅细化了孔结构，而且增强了其骨架强度、高温体积稳定性和耐酸耐碱腐蚀性，这种多孔形态的本征结构，具有较大的比表面积，在高温隔热、催化剂载体等领域具有较大的潜力。
【专利说明】一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高硅莫来石【技术领域】。具体涉及一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来 石及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 遗态材料是借用自然界经亿万年的生物自身多层次、多维、多结构的本征结构，通 过人工合成方法，变更其结构组分，制备出既保留自然界生物精细结构，又通过有选择性的 复合，人为赋予特性和功能的材料。它主要将植物模板的机理引入无机材料的合成和复合 材料的制备，以天然植物为模板，制备出各种各样具有鲜明植物结构特点、独特的显微组 织、物理和力学性能可控的多孔无机材料。作为两相系统中唯一稳定存在的晶体一莫来石 本身具有许多优良的物理特性，如低膨胀系数、低导热、低蠕变、低介电常数、高耐热冲击和 高温强度等，莫来石的这些特性使得其在耐火材料、高温结构材料和光学材料等众多领域 中得到广泛应用，有着重要的工业价值。可控结构的多孔莫来石不仅应用于有耐热性要求 的窑炉耐火材料，且应用于有耐腐性要求的各种陶瓷烧成窑具如匣钵、棚板、金属溶液的过 滤器、废气净化用催化载体等领域。
[0003] 目前，国内外学者已在尝试以不同的纤维材料(棉花杆、椰壳和木材等）为模板制 备了具备植物天然结构特征的SiC、A120 3、Si/SiC/C、Ti02、Zr02、TiN/C和SnO2等多孔陶瓷。 如"一种玉米芯结构遗态陶瓷基复合材料的制备方法"（CN101838148A)专利技术，公开了 以玉米芯结构为模板或以玉米芯结构和前驱体为复合模板，烧成温度为1300-2000°C，经真 空碳热还原反应，制备了玉米芯结构遗态陶瓷基复合材料。又如"一种桉树遗态Fe 2O3-Fe3O4 复合重金属吸附剂的制备方法"（CN102258976A)专利技术，公开了以桉树为生物模板、氨水 为浸煮剂、硝酸铁为前驱体溶液，获得了按树遗态Fe 2O3-Fe3O4复合重金属吸附剂。上述方法 的主要缺陷体现在：（1)碳化天然植物为模板或单一的利用其天然结构，没能充分利用天 然植物中其他化学组分如SiO 2，间接的造成了浪费；（2)生产工艺复杂，需要多道工序方能 完成；（3)制品气孔均为复制植物结构孔，不具可变性。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低和工艺简单的禾本科植物 结构遗态的高硅莫来石的制备方法。所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石具有细化 的孔结构，骨架强度、高温体积稳定性和耐酸耐碱腐蚀性良好。
[0005] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以l(T7〇Wt%的禾本科植物为模 板，以3(T90wt%的铝溶胶为浸渍剂，在常压或10 3~104Pa条件下浸渍:T24h，搅拌均匀；再将 浸渍有铝溶胶的禾本科植物在6(T200°C条件下烘烤24~48h，然后在110(Tl400°C的条件下 保温2~12h，即得禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。
[0006] 所述的禾本科植物为糠、稻壳、核桃壳和木屑中的一种以上，粒径小于0. 088mm。
[0007] 所述的铝溶胶的PH值为2. 4?3. 8,固含量为0· 5?5. Owt%。
[0008] 由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果： 本发明所用的主要原料为目前利用价值不大的禾本科植物，产量巨大，来源丰富，具有 高的含碳量和低的硫含量，灰分以SiO2为主，成本较低，且充分利用天然植物中的化学组分 SiO2，避免了原料浪费，变废为宝。本发明通过浸渍、烘干和烧成工序，即可作为高温隔热原 料、催化剂载体使用，生产工艺简单；同时，制备的制品空隙多、结构精美复杂，不仅结构上 完整地遗传了天然植物的本征结构，亦在天然植物的孔壁及表面形成了莫来石纳米颗粒， 增强了其骨架强度，改善了遗态结构陶瓷复合材料的组织均匀性和一致性，赋予了其新的 功能，使其具有质轻、消振、吸附、催化、高温体积稳定性和耐酸耐碱腐蚀特点，拓展了其使 用领域，具有广泛的社会和经济价值。同时能够有效地利用农业副产品禾本科植物，为增加 其经济价值提供了一条便捷的利用途径。
[0009] 本发明所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积2(T34m2/g，孔隙 率为50?84%，平均孔径为0. 5?5. 0 μ m。
[0010] 因此，本发明具有成本低和工艺简单的特点，所制备的禾本科植物结构遗态的高 硅莫来石不仅细化了孔结构，且骨架强度、高温体积稳定性和耐酸耐碱腐蚀性良好。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合【具体实施方式】对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限 制。
[0012] 本【具体实施方式】所述的糠、稻壳、核桃壳和木屑中的粒径均小于0. 088mm。实施例 中不再赘述。
[0013] 实施例1 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。所述制备方法是：以l(T20wt% 的禾本科植物为模板，以8(T90wt%的铝溶胶为浸渍剂，在常压条件下浸渍3~5h，搅拌均匀； 再将浸渍有铝溶胶的禾本科植物在6(Tl00°C条件下烘烤24~28h，然后在135(Tl400°C的条 件下保温2~4h，即得禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。
[0014] 本实施例中：所述的铝溶胶的PH值为3. 4?3. 8,固含量为4. (Γ5. Owt% ;所述的禾 本科植物为糠。
[0015] 本实施例1所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石石的比表面积2(T22m2/g， 孔隙率为50?55%，平均孔径为0. 5?I. 0 μ m。
[0016] 实施例2 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。所述制备方法是：以2(T30wt% 的禾本科植物为模板，以7(T80wt%的铝溶胶为浸渍剂，在常压条件下浸渍5~8h，搅拌均匀； 再将浸渍有铝溶胶的禾本科植物在7(TllO°C条件下烘烤28~32h，然后在130(Tl350°C的条 件下保温4~8h，即得禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。
[0017] 本实施例中：所述的铝溶胶的PH值为3. 2~3. 4,固含量为3. (Γ4. Owt% ;所述的禾 本科植物为糠。
[0018] 本实施例2所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积22~24m2/g，孔 隙率为55飞0%，平均孔径为I. (Tl. 5 μ m。
[0019] 实施例3 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。所述制备方法是：以3(T40wt% 的禾本科植物为模板，以6(T70wt%的铝溶胶为浸渍剂，在常压条件下浸渍8~10h，搅拌均 匀；再将浸渍有铝溶胶的禾本科植物在8(Tl20°C条件下烘烤32?36h，然后在125(Tl300°C 的条件下保温8~10h，即得禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。
[0020] 本实施例中：所述的铝溶胶的PH值为3. (Γ3. 2,固含量为2. 5?3. Owt% ;所述的禾 本科植物为稻壳。
[0021] 本实施例3所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石石的比表面积24~26m2/g， 孔隙率为60?65%，平均孔径为1. 5?2. 0 μ m。
[0022] 实施例4 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。所述制备方法是：以4(T50wt% 的禾本科植物为模板，以5(T60wt%的铝溶胶为浸渍剂，在常压条件下浸渍l(Tl2h，搅拌均 匀；再将浸渍有铝溶胶的禾本科植物在9(Tl40°C条件下烘烤36?40h，然后在120(Tl250°C 的条件下保温l〇~12h，即得禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。
[0023] 本实施例中：所述的铝溶胶的PH值为2. 8?3. 0,固含量为2. (Γ2. 50wt% ;所述的禾 本科植物为稻壳、核桃壳和木屑。
[0024] 本实施例4所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积26~28m2/g，孔 隙率为65?70%，平均孔径为2. (Γ2. 5 μ m。
[0025] 实施例5 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。所述制备方法是：以5(T60wt% 的禾本科植物为模板，以4(T50wt%的铝溶胶为浸渍剂，在I X IO3?2. 5 X IO3Pa条件下浸渍 12~15,搅拌均匀；再将浸渍有铝溶胶的禾本科植物在10(Γ150?条件下烘烤40~44h，然后 在115(Tl200°C的条件下保温6~12h，即得禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。
[0026] 本实施例中：所述的铝溶胶的PH值为2. 6~2. 8,固含量为I. (Γ2. Owt% ;所述的禾 本科植物为木屑。
[0027] 本实施例5所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积28~30m2/g，孔 隙率为7〇?75%，平均孔径为2. 5?3. 0 μ m。
[0028] 实施例6 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。所述制备方法是：以6(T70wt% 的禾本科植物为模板，以3(T40wt%的铝溶胶为浸渍剂，在2. 5 X IO3?5. 0 X IO3Pa条件下浸渍 15~18h，搅拌均匀；再将浸渍有铝溶胶的禾本科植物在ll(Tl6(rC条件下烘烤44~48h，然后 在110(ril50°C的条件下保温4~10h，即得禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。
[0029] 本实施例中：所述的铝溶胶的PH值为2. 4~2. 6,固含量为0. 5~1. Owt% ;所述的禾 本科植物为糠、核桃壳和木屑。
[0030] 本实施例6所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积3(T32m2/g，孔 隙率为75?80%，平均孔径为3. (Γ3. 5 μ m。
[0031] 实施例7 一种禾本科植物结构遗态的高娃莫来石及其制备方法。所述制备方法是：以35~45wt% 的禾本科植物为模板，以55飞5wt%的铝溶胶为浸渍剂，在5. 0 X 103~7. 5 X IO3Pa条件下浸渍 18~21h，搅拌均匀；再将浸渍有铝溶胶的禾本科植物在12(Tl80°C条件下烘烤32~40h，然后 在120(Tl30(TC的条件下保温4飞h，即得禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。
[0032] 本实施例中：所述的铝溶胶的PH值为2. 9?3. 1，固含量为3. 5?4. Owt% ;所述的禾 本科植物为核桃壳。
[0033] 本实施例7所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积25~27m2/g，孔 隙率为62?68%，平均孔径为1. 8?2. 4 μ m。
[0034] 实施例8 一种禾本科植物结构遗态的高娃莫来石及其制备方法。所述制备方法是：以45~55wt°/〇 的禾本科植物为模板，以45飞5wt%的铝溶胶为浸渍剂，在7. 5 X 103~1 X IO4Pa条件下浸渍 21?24h，搅拌均匀；再将浸渍有铝溶胶的禾本科植物在13(T200°C条件下烘烤4(T48h，然后 在115(Tl250°C的条件下保温6~10h，即得禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。
[0035] 本实施例中：所述的铝溶胶的PH值为2. 7?2. 9,固含量为2. 5?3. 5wt% ;所述的禾 本科植物为核桃壳和木屑。
[0036] 本实施例8所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积26~28m2/g，孔 隙率为68?74%，平均孔径为2. 2?2. 8 μ m。
[0037] 实施例9 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实 施例1。
[0038] 本实施例中：所述的禾本科植物为糠和稻壳。
[0039] 本实施例9所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积2(T23m2/g，孔 隙率为50?56%，平均孔径为0. 5?1. 3 μ m。
[0040] 实施例10 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实 施例2。
[0041] 本实施例中：所述的禾本科植物为糠和木屑。
[0042] 本实施例10所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积23~25m2/g， 孔隙率为56?60%，平均孔径为1. 3?2. 1 μ m。
[0043] 实施例11 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实 施例3。
[0044] 本实施例中：所述的禾本科植物为糠和核桃壳。
[0045] 本实施例11所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积25~28m2/g， 孔隙率为60?66%，平均孔径为2. 1?2. 8 μ m。
[0046] 实施例12 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实 施例4。
[0047] 本实施例中：所述的禾本科植物为稻壳和木屑。
[0048] 本实施例12所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石石的比表面积28~30m2/ g，孔隙率为66?72%，平均孔径为2. 8?3. 4 μ m。
[0049] 实施例13 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实 施例5。
[0050] 本实施例中：所述的禾本科植物为稻壳和核桃壳。
[0051] 本实施例13所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积29~32m2/g， 孔隙率为72?76%，平均孔径为3. 4?4. 2 μ m。
[0052] 实施例14 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实 施例6。本实施例中：所述的禾本科植物为糠、稻壳和木屑。
[0053] 本实施例14所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积3(T33m2/g， 孔隙率为76?84%，平均孔径为4. 2?5. 0 μ m。
[0054] 实施例15 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实 施例7。
[0055] 本实施例中：所述的禾本科植物为糠、稻壳和核桃壳。
[0056] 本实施例15所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积3(T32m2/g， 孔隙率为66?70%，平均孔径为2. (Γ2. 6 μ m。
[0057] 实施例16 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实 施例8。
[0058] 本实施例中：所述的禾本科植物为糠、稻壳、核桃壳和木屑。
[0059] 本实施例16所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积31~34m2/g， 孔隙率为70?76%，平均孔径为2. 4?3. 0 μ m。
[0060] 本【具体实施方式】与现有技术相比具有如下积极效果： 本【具体实施方式】所用的主要原料为目前利用价值不大的禾本科植物，产量巨大，来源 丰富，具有高的含碳量和低的硫含量，灰分以SiO2为主，成本较低，且充分利用天然植物中 的化学组分SiO 2，避免了原料浪费，变废为宝。本【具体实施方式】通过浸渍、烘干和烧成工序， 即可作为高温隔热原料、催化剂载体使用，生产工艺简单；同时，制备的制品空隙多、结构精 美复杂，不仅结构上完整地遗传了天然植物的本征结构，亦在天然植物的孔壁及表面形成 了莫来石纳米颗粒，增强了其骨架强度，改善了遗态结构陶瓷复合材料的组织均匀性和一 致性，赋予了其新的功能，使其具有质轻、消振、吸附、催化、高温体积稳定性和耐酸耐碱腐 蚀特点，拓展了其使用领域，具有广泛的社会和经济价值。同时能够有效地利用农业副产品 禾本科植物，为增加其经济价值提供了一条便捷的利用途径。
[0061] 本【具体实施方式】所制得的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的比表面积 20?34m2/g，孔隙率为50?84%，平均孔径为0. 5?5. 0 μ m。
[0062] 因此，本【具体实施方式】具有成本低和工艺简单的特点，所制备的禾本科植物结构 遗态的高硅莫来石不仅细化了孔结构，且骨架强度、高温体积稳定性和耐酸耐碱腐蚀性良 好。
【权利要求】
1. 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的制备方法，其特征在于以l(T70wt%的 禾本科植物为模板，以3(T90wt%的铝溶胶为浸渍剂，在常压或10 3~104Pa条件下浸渍 3~24h，搅拌均匀；再将浸渍有铝溶胶的禾本科植物在6(T200°C条件下烘烤24~48h，然后在 ΙΚΚΓΗΟΟ?的条件下保温2~12h，即得禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。
2. 根据权利要求1所述的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的制备方法，其特征在于 所述的禾本科植物为糠、稻壳、核桃壳和木屑中的一种以上，粒径小于0. 088mm。
3. 根据权利要求1所述的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的制备方法，其特征在于 所述的铝溶胶的PH值为2. 4?3. 8,固含量为0. 5?5. Owt%。
4. 一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石，其特征在于所述禾本科植物结构遗态的高 硅莫来石是根据权利要求1~3项中任一项所述的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石的制 备方法所制备的禾本科植物结构遗态的高硅莫来石。
【文档编号】C04B38/00GK104211426SQ201410457026
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】李远兵, 刘静静, 李淑静, 李亚伟, 桑绍柏 申请人:武汉科技大学