[发明专利]一种低铝高孔隙率多孔陶瓷材料及其制备方法

说明书

一种低铝高孔隙率多孔陶瓷材料及其制备方法，它由高岭土、可塑性粘土、蓝晶石、硅灰、白炭墨或稻壳炭灰中的非晶型SiO₂微粉，有机可燃造孔剂，经配料球磨、脱水、成形、烘干、烧成工序加工而成，它具有显气孔率高，抗折强度大等特性，可用于工业、农业及环保方面作吸附、过滤、蓄水及工业填料之用。

技术领域

本发明涉及多孔陶瓷，具体涉及一种低铝高孔隙率陶瓷材料及其制备方法。产品属于无机非金属固体材料，主要用于环保节能、节水农业、市政建设等领域。

背景技术

多孔陶瓷是指在陶瓷内部或表面含有大量开口或闭口微小气孔的陶瓷体，其孔径一般为微米级或亚微米级，孔结构分为封闭气孔多孔陶瓷，主要起保温隔热的作用。

多孔陶瓷的制备常规方法主要有：颗粒堆积法、造孔剂法、烧成发泡法、溶胶—凝胶法、腐蚀法、前驱体法等。

毫无疑问，显气孔率是多孔陶瓷的核心性能和关键指标！显气孔率越高，多孔陶瓷的就越好用，价值也就更高！但气孔率不能无限提高，否则强度就会急剧降低。例如陶瓷膜的支撑体（多孔陶瓷），为了能够适应极大的气体或液体压强，采用SiC、刚玉为骨料，其机械强度（抗弯强度）波动在16~42mPa，此时显气孔率多在25~53%之间，烧成温度1330~1400℃（参考文献：伦文山，徐泽跃，朱 军 等 高温烟气过滤SiC多孔陶瓷孔隙率及烧结工艺研究《中国陶瓷工业》第24卷第 1 期 2017 年 2 月；周健儿 张小珍 蔡细鄂等 铝质原料对多孔针状莫来石合成的影响 《陶瓷学报 2010年3月第31卷第1期》，此文献采用了严重污染大气层的AlF₃和有毒物V₂O₅，且烧成温度高达1400℃）；硅藻土质催化剂载体，其气孔率虽然可以做到70%以上，但其条柱状载体的抗弯强度仅有2~4mPa；微米孔石英多孔陶瓷基体，显气孔率55.12%，体积密度1.14 g/cm³，抗折强度3．14 MPa(参考文献：刘 涛，李月明，王竹梅等无机盐 /石英基复合相变储能材料多孔陶瓷基体的制备《硅酸盐通报》2013年第32卷第三期，2476~2480)。气孔率和机械强度不可同步提高，是多孔陶瓷难以逾越的难关和材料界共同的课题，必须深入研究，努力攻克这一难题。

发明内容

鉴于以往多孔陶瓷产品的性能局限而需要进一步研发的客观现实，以及发展循环经济迫切需要等缘由，本发明的目的就是提供一种低铝高孔隙率的多孔陶瓷材料及制备方法，而非封闭气孔多孔陶瓷，具有吸附性、透气性、耐腐蚀性、环境相容性、生物相容性和高强度、高刚性、高硬度、高耐磨性、高绝缘性和高耐火度等优异的综合性能，被广泛应用于：各种液体如污水、金属熔体、气体的过滤，尤其是在环境工程上得到了大量的应用，如工业用水、生活用水、污水的过滤器，以及污水生化处理池的曝气器等方面；城市海绵工程用透水砖；隔绝噪音的吸音材料；节水农业的灌溉装置；液体或气体的吸附材料；催化剂载体；固定生物酶载体和生物适应性载体；相变蓄热载体；新能源电池的隔膜；电化学用的多孔电极等。由于非封闭气孔多孔陶瓷的用途极其广泛，故本方法主要用来制备非封闭气孔结构的多孔陶瓷。

本发明做了以下创新，并具如下特点：

其一、不以或极少以工业品为多孔陶瓷的主要原料，原料均系天然矿物和工农业生产的副产物。这有利于降低成本，提高竞争力，更有利于资源的综合利用和矿产品、废渣价值的最大化，在将资源优势转化为经济优势的同时，还解决了废渣的公害，从而实现高质量发展。本发明采用的原料有：采煤业副产物——煤系高岭岩（土）、金属硅和硅铁合金工业副产物——硅灰、制糖工业副产物——甘蔗渣、林业副产物——锯木屑、农业副产物——稻壳焖烧的产物——炭化稻壳粉，以及天然矿物原料累托石、球粘土和蓝晶石。这为多孔陶瓷大规模应用提供了产品进入市场的低价格条件和可以源源不断供给的前提条件。