一种利用粉煤灰制备相变多孔材料的方法与流程

本发明属于工业固体废弃物综合利用领域，涉及一种利用粉煤灰制备相变多孔材料的方法。

背景技术：

随着科学技术的不断进步，对于能源的需求不断加大，与此同时造成大量的废弃物的排放，造成严重的环境污染问题。

粉煤灰(flyash、飞灰)是由火电厂燃煤锅炉随烟气排出的细灰，是火电厂排出的主要固体废弃物。近年来，我国煤炭资源消耗不断增大，粉煤灰的排放量逐年急剧增加。据《中国资源综合利用年度报告2014》统计，1995年，我国粉煤灰年产量约为1.3亿吨，2013年为5.8亿吨，是1995年的4.6倍。据此预计到2020年，粉煤灰的总堆放量将超过30亿吨。我国是世界粉煤灰产生最多的国家，年排放量相当于我国城市生活垃圾总排放量的2倍[6]。粉煤灰的大量排放造成严重的环境污染与危害。如何减少粉煤灰的污染，将粉煤灰变废为宝，促进粉煤灰的高效循环利用，是一个值得关注的问题。粉煤灰是一种具有火山灰效应、形态效应和微集料效应，这三大效应使它可以广泛地用于建筑材料。2013年粉煤灰的综合利用量为4.0亿吨，综合利用率为69％。

相变材料(pcm-phasechangematerial)是指随温度变化而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。相变蓄能材料具有存储热的能力，相变材料在温度高于相变温度时熔化，吸收环境中的显热转变为潜热存储起来，从而减少室内得热量，在温度低于相变温度时，相变材料将潜热转变为显热释放到环境中，因此相变材料能实现能量的合理储存和释放，减少建筑供暖或空调的使用时间，减少空调和供暖系统使用、运行时产生的费用，可以大大节省能源消耗。

多孔材料是由气固两相构成的网络结构的材料。由于其独有的结构特点使其具有低密度、低导热和高比表面积的特点，所以多孔材料具有广泛的应用范围，如多孔材料可用作绝缘、缓冲、吸收冲击能量的材料，从而发挥了其由多孔结构决定的独特的综合性能。水泥发泡多孔材料由于其具有不燃、质轻、导热系数小等特点,在建筑领域具有较好的应用前景。利用粉煤灰火山灰特性，代替部分水泥制备该多孔材料可以大大的降低成本,避免了资源浪费,同时解决了由于粉煤灰大量堆放造成的环境污染问题；此外，将相变材料添加到该多孔材料中制备的相变多孔材料还具有很高潜热热值，可以有效提高其吸放热特性，提好其进一步利用价值。因此，采用粉煤灰直接制备高性能高附加价值的相变多孔材料变得至关重要。

技术实现要素：

针对现有的技术缺陷，本发明目的在于提供一种综合利用工业固废粉煤灰的新方法，利用粉煤灰、相变材料和水泥的混合料直接低温发泡制备相变多孔材料。

一种利用粉煤灰制备相变多孔材料的方法，其特征在于：充分利用粉煤灰自有的化学组成的特点(主要组成sio2，al2o3，cao)，通过利用粉煤灰具有火山灰特性，将其代替部分水泥，并添加部分相变材料，混合后构成基本原料，加入发泡剂、激发剂和适量的水充分混合后，采用低温化学发泡的方法得到高性能的相变多孔材料，基本原料成分配比为：粉煤灰30％～50％，水泥为30％～50％，相变材料为10％～40％。

进一步地，所用粉煤灰为洗煤生产线排放的废渣，其主要成分为sio2：41.97wt％，al2o3：39.9wt％，cao：6.41wt％，mgo：0.6wt％，k2o：0.50％，na2o：0.20％。

进一步地，所用水泥为普通硅酸盐水泥，其主要成分为cao：42.2wt％，sio2：25.94wt％，al2o3：10.46wt％，mgo：8.42wt％，fe2o3：1.71wt％，s：1.18wt％。

进一步地，制备所需的相变材料为硬脂酸丁酯和癸酸。其中，相变材料占基本原料的；而硬脂酸丁酯占相变材料的10％～80％和癸酸占相变材料的20％～90％。

进一步地，所用水为普通自来水，其用量为基本原料的20％～40％。

进一步地，所用的发泡剂和激发剂分别为浓度为30wt％双氧水溶液和浓度为1wt％高锰酸钾溶液，其用量分别为基本原料的2％～7％和1％～8％。

本发明所述的相变多孔材料，密度范围广，表观密度可以控制在300～1600kg/m³，导热系数可以控制在0.100～0.350，材料潜热热值可以控制在30～120j/g。该相变多孔材料的导热系数和潜热性能随着表观密度和相变材料含量的变化而变化，根据材料的性能不同，可以用于建筑节能墙体和保温材料等，具有很广的应用范围。

本发明综合考虑了粉煤灰本身的化学组成的特点，将充分利用其具有火山灰反应的优点，通过加入水泥、相变材料构成基本原料，通过调节个基本原料的构成配比对基本原料进行调试；控制基本原料和水、发泡剂的配比含量，严格控制制备过程的每个环节，使发泡速度与基本原料硬化时间相匹配，从而制备出孔径小于2mm，气泡分布均匀的低密度、高强度、高潜热的相变多孔材料。本发明工艺流程短，设备简单，易操作，可充分利用工业固废粉煤灰，且得到的产品应用范围广，附加值高，且对环境有保护作用。

附图说明

图1为粉煤灰制备相变多孔材料的流程图。

图2为不同质量比的硬脂酸丁酯和癸酸复配所得步冷曲线。

图3为相变多孔材料样品的外观形貌图。

具体实施方式

实施例1

以30％粉煤灰(主要成分为sio2：41.97wt％，al2o3：39.9wt％，cao：6.41wt％，mgo：0.6wt％，k2o：0.50％，na2o：0.20％)、50％普通硅酸盐水泥(主要成分为cao：42.2wt％，sio2：25.94wt％，al2o3：10.46wt％，mgo：8.42wt％，fe2o3：1.71wt％，s：1.18wt％)和20％相变材料(其组成为30％硬脂酸丁酯和70％癸酸)为基本原料，充分混合后再加入质量为基本原料质量的30％的水进行水泥浆混合制备，最后分别添加基本原料质量的3％双氧水和4％的高锰酸钾溶液作为发泡剂，搅拌均匀后倒入模具中，经过养护后得到最终所要的样品。

实施例2

以40％粉煤灰(主要成分为sio2：41.97wt％，al2o3：39.9wt％，cao：6.41wt％，mgo：0.6wt％，k2o：0.50％，na2o：0.20％)、40％普通硅酸盐水泥(主要成分为cao：42.2wt％，sio2：25.94wt％，al2o3：10.46wt％，mgo：8.42wt％，fe2o3：1.71wt％，s：1.18wt％)和20％相变材料(其组成为50％硬脂酸丁酯和50％癸酸)为基本原料，充分混合后再加入质量为基本原料质量的30％的水进行水泥浆混合制备，最后分别添加基本原料质量的2％双氧水和3％的高锰酸钾溶液作为发泡剂，搅拌均匀后倒入模具中，经过养护后得到最终所要的样品。

实施例3

以45％粉煤灰(主要成分为sio2：41.97wt％，al2o3：39.9wt％，cao：6.41wt％，mgo：0.6wt％，k2o：0.50％，na2o：0.20％)、40％普通硅酸盐水泥(主要成分为cao：42.2wt％，sio2：25.94wt％，al2o3：10.46wt％，mgo：8.42wt％，fe2o3：1.71wt％，s：1.18wt％)和10％相变材料(其组成为70％硬脂酸丁酯和30％癸酸)为基本原料，充分混合后再加入质量为基本原料质量的30％的水进行水泥浆混合制备，最后分别添加基本原料质量的3％双氧水和2％的高锰酸钾溶液作为发泡剂，搅拌均匀后倒入模具中，经过养护后得到最终所要的样品。