一种利用水溶性无机盐制备多孔地质聚合物方法与流程

本发明涉及一种多孔地质聚合物方法，尤其涉及一种利用水溶性无机盐制备多孔地质聚合物方法，属于多孔无机非金属材料新材料技术领域。

背景技术：

在新型建筑材料、高机械强度材料、吸附材料、粘结剂、固体废弃物利用、密封固封材料、和耐高温耐腐蚀材料等方面具有广泛应用前景的地质聚合物(geopolymer)是一种新型绿色胶凝材料。

地质聚合物材料作为一种新型无机胶凝材料，研究始于上世纪70年代。多孔地质聚合物材料可以通过直接发泡法、模版法、牺牲模版法、增材制造法等方法制备，其在过滤材料，新型无机膜材料及膜支撑体、新型吸附材料(重金属阳离子，铵根离子，co2等)、低成本防火隔热材料、吸音材料、高吸水路面材料、ph缓释剂、药物缓释等方面具有重要的潜在应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决多孔地聚物通孔率低的问题而提供一种利用水溶性无机盐制备多孔地质聚合物方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种利用水溶性无机盐制备多孔地质聚合物方法，包括如下步骤：

配制碱激发剂溶液；

通过机械搅拌将碱激发剂与无机矿物原料混合制得地质聚合物浆料；

地质聚合物浆料加入水溶性无机盐，放到室温或20-90℃环境中养护4小时-28天得到地质聚合物；

将制得的地质聚合物放入热水中，利用高温水溶液排除水溶性无机盐，干燥后，得到多孔地质聚合物

本发明还包括这样一些特征：

所述碱激发剂溶液与无机矿物原料的质量比为1:0.2～4；

所述水溶性无机盐与地质聚合物浆料质量比为1:0.2～8；

所述激发剂溶液由氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液和硅酸钾溶液、硅酸钠溶液或硅酸钾粉体、硅酸钠粉体中的一种或几种均匀混合制得，所述氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液的浓度为2-15mol/l；

所述无机矿物原料为偏高岭土、粉煤灰、煤矸石、硅灰、高炉矿渣、矿粉、细沙、铁尾矿、铝矾土和赤泥等一种或几种；

所述水溶性无机盐为氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、磷酸钾和磷酸钠中一种或几种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种制备具有连通孔结构多孔地质聚合物方法，该方法易操作并且高效可重复，所述地质聚合物以碱性激发剂和无机矿物原料为主要原料，加入水溶性无机盐，通过简单养护，并经由水溶液排除水溶性无机盐后即可制得。利用本方法制备的多孔地质聚合物具有高连通的孔结构，并具有很高的机械性能。此外，本方法原料易得，操作简单且造孔剂可以循环利用，制备的多孔地质聚合物可作为一种新型吸附过滤材料。

附图说明

图1是利用可溶性无机盐制备多孔地质聚合物制备流程图；

图2是以氯化钠为造孔剂制得偏高岭土基多孔地质聚合物微观结构图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

一种利用水溶性无机盐制备多孔地质聚合物材料的方法，通过简单的制备流程可以得到具有高连通孔结构的多孔地质聚合物，利用水溶性无机盐作为一种造孔剂，由于浆料是水溶性溶液，加入的水溶性无机盐达到超高其饱和度后，可以使浆料溶液均匀混合，养护成型，然后再利用高温水溶解排除可溶性无机盐。本方法可以制备均匀完整，具有连通孔结构，孔分布均匀，孔隙率可控的多孔地质聚合物材料，水溶性无机盐作为造孔剂，首次应用于多孔地质聚合物制备，极大简化了制备流程的同时所用无机盐还可回收循环利用。

利用水溶性盐作为造孔剂制备多孔地质聚合物的方法其特征在于，激发剂溶液由一定浓度氢氧化钾(koh)溶液或氢氧化钠(naoh)溶液和硅酸钾溶液(钾水玻璃)、硅酸钠溶液(钠水玻璃)或硅酸钾粉体、硅酸钠粉体中的一种或几种均匀混合制得，所制得的激发剂溶液需在室温下静置一定时间后使用。在静止后的碱激发剂中加入偏高岭土、粉煤灰、煤矸石、硅灰、高炉矿渣、矿粉、细沙、铁尾矿、铝矾土、赤泥等一种或几种混合无机矿物原料(不限于以上无机矿物)，继续搅拌混合均匀后得到地质聚合物料浆。再加入水溶性无机盐(如：氯化钠、氯化钾等)，得到含有无机盐的地质聚合物料浆。将料浆置于模具中，在室温环境养护一定时间后(1-21天)，再将获得的地质聚合物块体置于热水(50-100℃)，连续进行3-50次换水操作后，利用高温水溶液排除出水溶性无机盐，即可得到多孔地质聚合物材料。排除水溶性无机盐的废液，蒸发后，即可用于再次制备多孔地质聚合物；用于配制碱激发剂的氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液浓度为2-15mol/l；所用的原料是偏高岭土、粉煤灰、煤矸石、硅灰、高炉矿渣、矿粉、铁尾矿等一种或者为几种矿物混合的无机矿物原料。碱激发剂与无机矿物原料的质量比设置为1:0.2～4；用于造孔的可溶性无机盐包括但不限于氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、磷酸钾、磷酸钠等一种或者几种的混合。水溶性无机盐与地质聚合物浆料质量比例为1:0.1～10；含有无机盐的地质聚合物浆料，倒置模具中密封后，在室温或者置于25-90℃烘箱养护4小时-28天，用以排除可溶性盐的溶液可选择自来水、蒸馏水或去离子水等，加热温度为50-100℃，排除时间为4-10小时每次，排除次数为3-50次；蒸发无机盐废液得到可以再次利用的水溶性无机盐所用的温度为25-100℃。多孔地质聚合物可以用于过滤吸附、过滤、ph缓释剂材料等领域。

本发明的目的为了解决多孔地聚物通孔率低的问题，传统的直接发泡法制得的多孔地质聚合物，很难得到高连通孔结构多孔地质聚合物。本发明是为了实现简易高效制备孔隙可控且具有高连通孔结构的多孔地质聚合物；该制备方法具有高效、低耗、流程简单、易于实现工业化等特点。在地质聚合物浆料中，加入可溶性无机盐，养护后，高温水溶解排除可溶性无机盐后，即可得到高强度、高孔隙率、具有高连通孔结构的多孔地质聚合物。

本发明采用的具体技术方案如下：

(1)碱激发剂溶液的配制；

(2)均匀地质聚合物浆料(料浆)的获得；

(3)水溶性无机盐的混入，置于模具中的养护；

(4)脱模后，采用高温水溶解(水温50-100℃)排除水溶性无机盐，干燥后即可得到最终样品。

(5)水溶性无机盐的回收。

步骤(1)，制备地质聚合物的碱激发剂通过均匀混合一定浓度的氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液和硅酸钾(钾水玻璃)溶液、硅酸钠(钠水玻璃)溶液或硅酸钾粉体、硅酸钠粉体的一种或几种后，放到塑料容器中静置1-3天充分冷却离子平衡后而得。其中氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液是由氢氧化钠、氢氧化钾固体(块状，片状，粒状和棒状等)溶于水，静置1-3天充分冷却离子平衡后制得，其浓度为1.5-15mol/l。采用机械搅拌法配制以上溶液，机械搅拌机转速控制在80-800转/分钟。

步骤(2)，加入碱激发剂的矿物原料是偏高岭土、粉煤灰、煤矸石、硅灰、高炉矿渣、矿粉、细沙、铁尾矿、铝矾土、赤泥等(不限于以上无机矿物)，或者是几种矿物混合的无机矿物原料。将矿物原料加入步骤(1)中配制的碱激发剂中，机械混合均匀，混合时间为0.2-24小时，转速控制在200-1000转/分钟，即可得到地质聚合物浆料。碱激发剂溶液与矿物原料的质量比1:0.2～5。

步骤(3)，将水溶性无机盐，这里的水溶性无机盐包括但不限于氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾、磷酸钾、磷酸钠等。将水溶性无机盐加入上述步骤(2)中制得的地质聚合物浆料，继续机械混合2-20分钟，转速控制在300-2000转/分钟。将制得的含有水溶性无机盐料浆迅速放入模具中，密封养护。养护温度可以是室温，也可以置于烘箱中养护，养护温度设置为20-90摄氏度，养护时间设置为4小时-28天。这里的模具材料可以是塑料、硅胶，不锈钢等，水溶性无机盐与地质聚合物浆料质量比例为1:0.2～8。

步骤(4)，将步骤(3)的样品脱模后，放置于热水或者沸水中将可溶性盐溶解排除，排除用水的温度设置为40-100摄氏度，排除循环设置为3-50次，干燥后即可得到多孔地质聚合物。

步骤(5)，将上述的排除水溶性无机盐的废水回收，蒸发后即可得到可再次利用的水溶性无机盐。

实施例1

配制5-14mol/l的氢氧化钾溶液，其中机械搅拌机转速控制在200-500转/分钟，冷却静置于塑料容器中1天后备用。

机械混合制得的氢氧化钾溶液与硅酸钾水溶液(钾水玻璃)，其中机械搅拌机转速控制在200-800转/分钟，静置1天，得到混合均匀的钾基碱激发剂，其中氢氧化钾与钾水玻璃质量比设置为为9:8-15。

在制备的钾基碱激发剂中加入偏高岭土，继续机械搅拌20-50分钟，其中机械搅拌机转速约为400-1000转/分钟，得到地质聚合物料浆。偏高岭土和碱激发剂的质量比约为10:10-30。

向地质聚合物浆料中加入相对于地质聚合物料浆10-50％质量分数的氯化钠，继续机械搅拌约10-30分钟，机械搅拌机转速为400-1000转/分钟。

将上述含有氯化钠的料浆倒入塑料模具中，室温密封养护1-5天，脱模，得到多孔地质聚合物。

将上述多孔地质聚合物样品，放置于沸水中将可溶性盐溶解排除，排除循环为10次，干燥后即可得到多孔地质聚合物。

将废液收集，烘干后得到可溶性盐。

测试表征结果：将多孔地质聚合物切片后，进行微观结构表征，其表面微观结构形貌如图2所示，多孔地质聚合物孔径分布均匀、孔缺陷少。其孔隙率约为75％，开孔隙率为74％，抗压强度约为3.0-4.0mpa。

实施例2

将氢氧化钠固体溶于水，得到浓度为5-14mol/l的氢氧化钠溶液，其中机械搅拌机转速控制在500转/分钟，冷却静置于塑料容器中2天后备用。

将制得的氢氧化钠溶液与硅酸钠水溶液(钠水玻璃)以500转/分钟的转速机械均匀混合均匀后，静置1天，得到钠基碱激发剂，其中氢氧化钠与钠水玻璃质量比设置为9:8-12。

在上述钠基碱激发剂中加入偏高岭土，以600转/分钟的转速继续机械搅拌30分钟，得到地质聚合物料浆。偏高岭土和碱激发剂的质量比约为10:10-30。

向地质聚合物浆料中加入相对于地质聚合物料浆10-50％质量分数的氯化钠，以600转/分钟的转速继续机械搅拌约20分钟。

将上述含有氯化钠的料浆倒入塑料模具中，70摄氏度密封养护1天，脱模，得到多孔地质聚合物。

将上述多孔地质聚合物样品，放置于沸水中将可溶性盐溶解排除，排除循环为10次，干燥后即可得到多孔地质聚合物。

将废液收集，烘干后得到可溶性盐。

测试表征结果：多孔地质聚合物孔径分布均匀、孔缺陷少。其孔隙率约为69％，开孔隙率为67％，抗压强度约为2.5-3.5mpa。

综上所述：一种属于多孔材料制造技术领域的利用水溶性无机盐(如：氯化钠、氯化钾等)制备多孔地质聚合物的方法，其特征在于，利用水溶性盐作为造孔剂，通过简单工艺制备出具有连通孔结构的多孔地质聚合物。首先通过机械搅拌将碱激发剂与偏高岭土等硅酸盐材料混合制得地质聚合物浆料，向制得的地质聚合物浆料加入一定含量的氯化钠或氯化钾；放到室温或25-90℃环境中养护3-21天得到地质聚合物，将制得的地质聚合物放入热水中，利用水溶液排除出氯化钠，干燥后，即可制得具有高连通孔结构多孔地质聚合物材料。本方法可以制备孔径分别均匀，孔隙结构连通，孔隙率可控的多孔地质聚合物材料，水溶性盐作为造孔剂，可以实现高效快速制备具有连通孔结构多孔地质聚合物。