一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法
2023-06-03 09:56:36 1
專利名稱：一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及多孔陶瓷的製備方法，特別涉及一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法。
背景技術：
花坪和草坪在城市生態環境中起著非常重要的作用，它們不僅減少熱島效應、溫室效應及環境汙染，還調節城市氣候，綠化環境，增加城市景觀。傳統的草坪、花坪種植技術必須藉助於土壤，在土壤層上播種，蓋上一層土後，進行施肥、澆水等，如專利「屋頂綠化系統」(CN 101368431A)、「可移動式樓頂花草種植箱」(CN 1530444Y)和「草坪種植板」(CN2476934Y)等。這些傳統的種植方法嚴重依賴於土壤，而土地資源越來越匱乏，並且土壤種植方法會伴隨很多雜草共生(雜草來源於土壤本身)。而且這些傳統技術材料密度大，用於·建築綠化時一方面大大增加屋頂、牆體的負荷，帶來超出建築設計負載、增大坍塌風險的問題；另一方面維護工作繁重。此外，以無紡布、纖維等為無土栽培基體的可移動植草材料，如專利「無紡布毯草坪毯」(CN 2540749Y)、「地毯式草皮」(CN 2507246Υ)和「栽培用無紡布毯及其在草坪毯生產和屋頂綠化施工的方法」 (CN 1371596Α)等，這些材料易老化、易燃，且保水性能差，需要頻繁澆水等，既費工費時，維護成本又高。此外，複合式植草材料需依次鋪設防護層、排水層、濾水層、保水層以及營養層(栽培基體層)等，如專利「組合式草毯」(CN2489574Υ)、「屋頂綠化的構造」(CN 101084733Α)、「屋頂綠化層」(CN101311455A)等，所需材料種類多，施工繁雜，苗床的設置與更換困難。保水型植草材料是近年國內外剛剛發展起來的新技術，可以彌補傳統方法中的不足。以膨脹珍珠巖、膨脹蛭石等輕型保水基質替代部分土壤，提高土壤保水性，如專利「屋頂綠化層」(CN 201078055Υ)、「一種簡單式屋頂綠化用強化保水基質及其使用方法」(CN102648683Α)等。但這些方法只是材料的簡單組合，保水性能不高，輕型基質容易被暴雨、暴風等衝走或吹走。此外，由於它們也含有高分子材料(主要起保水或粘結作用)，這些材料同樣易老化，且生產成本高，保水性能差，需要頻繁澆水等。同時，現代農業中土壤鹽潰化、沙化及重金屬汙染越來越嚴重，土壤改良已成為當今社會面臨的最重要的課題之一。土壤改良劑的種類很多，如高分子吸水劑、生物改良齊U、有機或無機固體廢棄物、天然礦物等。其中多種天然非金屬礦物如泥炭、海泡石、沸石、膨脹珍珠巖等具有土壤改良作用，可以改善土壤結構，提高通透性，改變酸鹼度，增加保水性。但這些天然礦物資源日益緊缺，生產成本高，且性能不穩定，嚴重製約了其大規模的推廣應用。
發明內容
為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在於提供一種生產成本低、保水性能優良的輕質高強土壤替代多孔陶瓷，無需組合其他材料即可直接用於植物的無土栽培。
本發明的目的通過以下技術方案實現一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟(I)以固體廢棄物或陶瓷原料為主要原料，加入分散劑和粘結劑，得到粗集料；所述固體廢棄物為陶瓷廢料、城市汙泥、疏浚泥、建築垃圾、煤渣、粉煤灰中的一種或兩種以上；(2)通過幹壓成型、注模成型或浸潰成型將粗集料製備成具有三維粗孔隙結構的多孔生坯；(3)將多孔生坯素燒，得到多孔陶瓷素坯；(4)將多孔陶瓷素坯浸潰入陶瓷料漿或發泡料漿中，獲得細孔隙結構的陶瓷素坯；
(5)將細孔隙結構的陶瓷素坯燒成，得到土壤替代多孔陶瓷材料。步驟(I)所述陶瓷原料為粘土、球土、石英、長石、滑石、石粉、鋁礬土中的一種或兩種以上。步驟(I)所述分散劑為檸檬酸銨、三聚磷酸鈉或聚丙烯酸銨中的一種或兩種以上。步驟(I)所述粘結劑為羧甲基纖維素鈉或聚乙醇銨。步驟(3)所述素燒的溫度為65(Tl00(rC，保溫時間為2 720min。所述素燒為微波
素燒或氣氛素燒。步驟(4)所述發泡料漿以十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉為發泡劑。步驟(4)所述陶瓷料漿為膨脹珍珠巖或膨脹蛭石的水溶液。步驟(5)所述燒成的溫度為75(Tl250°C，保溫時間為3 1440min。步驟(5)所述燒成為微波燒成或氣氛燒成。與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果(I)本發明製備的土壤替代多孔陶瓷其形狀、結構和大小可根據實際要求調節，滿足不同的應用要求。(2)本發明製備的土壤替代多孔陶瓷植草材料，比實際土壤孔隙率高且孔隙可控，因此保水和緩釋水性能比實際土壤及傳統保水植草材料優越，同時具有很好的通氣、保肥、改善土壤結構及促根壯苗等功能，極其利於植物的生長發育，且移動方便，容易將植物與基體連在一起移動到其他地方(如屋頂、牆體、陽臺等各處的建築綠化，極其方便)。(3)本發明製備的土壤替代多孔陶瓷具有強度高、重量輕、環保、耐老化的優點。(4)本發明製備的土壤替代多孔陶瓷做成顆粒狀時可作為土壤改良劑，用於水稻、玉米、小麥等農作物的栽培。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。實施例1本實施例的土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟(I)按質量百分比，稱取89%陶瓷廢料，5%長石，4%工業氧化鋁，O. 5%檸檬酸銨分散劑，O. 5%羧甲基纖維素鈉粘結劑，按固含量60%添加水後，機械攪拌2h製取料漿；(2)通過添加發泡劑以及機械攪拌產生大量氣泡，注模成型後，製備成具有三維粗孔隙結構的多孔生坯。(3)將多孔生坯在空氣氣氛下，900°C素燒120min，得到多孔陶瓷素坯。(4)在水中加入50%的粒徑為500 μ m的膨脹珍珠巖，攪拌，製備均勻的陶瓷料漿。然後把多孔陶瓷素坯浸入上述料漿中，使膨脹珍珠巖進入多孔陶瓷內部的大孔隙中，把素坯取出晾乾，獲得細孔隙結構的陶瓷素坯。(5)將細孔隙結構的陶瓷素坯在空氣條件下，1100°C燒成，保溫lOmin，得到土壤替代多孔陶瓷材料。本實施例製備的土壤替代多孔陶瓷材料，通氣孔隙孔徑大於150 μ m，通氣孔隙率為23% ;持水孔隙孔徑為10 70 μ m,持水孔隙為62% ;抗壓強度為3MPa ;容重為O. 55g/cm3 ；耐火度大於1000°C。種植水稻、草莓、長春花等，長勢良好。
實施例2本實施例的土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟(I)按質量百分比，35%城市汙泥，30%疏浚泥，10%長石，4%工業氧化鋁，O. 5%三聚磷酸鈉分散劑，O. 5%聚乙醇銨粘結劑，按固含量65%添加水後，機械攪拌2h製取料漿；(2)將聚氨酯泡沫在料漿中浸潰進行掛漿，取出後除去多餘料漿，製備成具有三維粗孔隙結構的多孔生坯。(3)將多孔生坯在空微波條件下，1000°C素燒，保溫2min，得到多孔陶瓷素坯。(4)在水中加入30% (質量百分比)的粒徑為800 μ m的膨脹蛭石，攪拌，製備均勻的陶瓷料漿。然後把多孔陶瓷素坯浸入上述陶瓷料漿中，使膨脹蛭石進入多孔陶瓷內部的大孔隙中，把素坯取出晾乾，獲得細孔隙結構的陶瓷素坯。(5)將細孔隙結構的陶瓷素坯在空氣條件下，1150°C燒成，保溫720min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。本實施例製備的土壤替代多孔陶瓷材料，通氣孔隙孔徑大於150 μ m，通氣孔隙率為17% ;持水孔隙孔徑為35 100 μ m,持水孔隙率為27% ;抗壓強度為4. 3MPa ;容重為O. 71g/cm3 ;耐火度大於1000°C。種植水稻、佛甲草、馬蹄金草，黑麥草等，長勢良好。實施例3本實施例的土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟(I)按質量百分比，稱取40%陶瓷原料，20%煤渣，20%粉煤灰，10%長石，9%工業氧化鋁，O. 5%聚丙烯酸銨分散劑，O. 5%聚乙醇銨粘結劑，按固含量70%添加水後，機械攪拌2h製取料漿。(2)將聚氨酯泡沫在料漿中浸潰進行掛漿，取出後除去多餘料漿，製備成具有三維粗孔隙結構的多孔生坯。(3)將多孔生坯在氮氣氣氛下，1050°C素燒40min，得到多孔陶瓷素坯。(4)將多孔陶瓷素坯浸潰入發泡料漿中，使發泡料漿填充多孔陶瓷內部的大孔隙中，把素坯取出，脫去多餘發泡料漿，獲得細孔隙結構的陶瓷素坯；所述發泡料漿的製備如下在水中加入50% (質量百分比)與步驟(I)相同配比的具有良好成瓷性能的固體廢棄物，並添加10% (質量百分比)澱粉膠凝劑，攪拌均勻製取料漿，添加適量的十二烷基硫酸鈉為發泡劑，劇烈攪拌使料漿發泡。
(5)將細孔隙結構的陶瓷素坯在空氣條件下，1250°C燒成，保溫3min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。本實施例製備的土壤替代多孔陶瓷材料，通氣孔隙孔徑大於150 μ m,通氣孔隙率為16% ;持水孔隙孔徑為70 150 μ m,持水孔隙率為58% ;抗壓強度為5.1MPa,容重為O. 61g/cm3,耐火度大於1000°C。種植細葉結縷草等草坪草，長勢良好；或者做成顆粒狀作為土壤改良顆粒，能提高土壤的物化性能，促進水稻、玉米等作物的生長和產量的提高。實施例4本實施例的土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟(I)按質量百分比，25%陶瓷原料，25%煤渣，30%粉煤灰，15%長石，4%工業氧化鋁，O. 5%聚丙烯酸銨分散劑，O. 5%聚乙醇銨粘結劑，按固含量70%添加水後，機械攪拌2h製取料漿；
(2)將聚氨酯泡沫在料漿中浸潰進行掛漿，取出後除去多餘料漿，製備成具有三維粗孔隙結構的多孔生坯。(3)將多孔生坯在氮氣氣氛下，1000°C素燒，保溫40min，得到多孔陶瓷素坯。(4)將多孔陶瓷素坯浸潰入發泡料漿中，使發泡料漿浸入進入多孔陶瓷內部的大孔隙中，把素坯取出，脫去多餘發泡料漿，獲得細孔隙結構的陶瓷素坯；所述發泡料漿的製備如下在水中加入50% (質量百分比)與步驟(I)相同配比的具有良好成瓷性能的固體廢棄物，並添加10% (質量百分比)澱粉膠凝劑，攪拌均勻製取料漿，添加適量的十二烷基苯磺酸鈉為發泡劑，劇烈攪拌使料漿發泡。(5)將細孔隙結構的陶瓷素坯在空氣條件下，1150°C燒成，保溫30min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。本實施例製備的土壤替代多孔陶瓷材料，通氣孔隙孔徑大於150 μ m,通氣孔隙率為16% ;持水孔隙孔徑為40 130 μ m,持水孔隙率為70% ;抗壓強度為3. 7MPa，容重為O. 50g/cm3，耐火度大於1000°C。種植細葉結縷草等草坪草，長勢良好；或者做成顆粒狀作為土壤改良顆粒，能提高土壤的物化性能，促進水稻、玉米等作物的生長和產量的提高。實施例5(I)按質量百分比，稱取99%陶瓷廢料，O. 25%檸檬酸銨分散劑，O. 25%聚丙烯酸銨分散劑，O. 5%羧甲基纖維素鈉粘結劑，製備幹壓料；(2)幹壓成型，得到具有三維粗孔隙結構的多孔生坯。(3)將多孔生坯在空氣氣氛下，750°C素燒，保溫720min，得到多孔陶瓷素坯。(4)在水中加入50%的粒徑為500 μ m的膨脹珍珠巖，攪拌，製備均勻的陶瓷料漿。然後把多孔陶瓷素坯浸入上述陶瓷料漿中，使膨脹珍珠巖進入多孔陶瓷內部的大孔隙中，把素坯取出晾乾，獲得細孔隙結構的陶瓷素坯。(5)將細孔隙結構的陶瓷素坯在空氣條件下，1000°C燒成，保溫1140min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。本實施例製備的土壤替代多孔陶瓷材料，通氣孔隙孔徑大於150 μ m,通氣孔隙率為23% ;持水孔隙孔徑為15 80 μ m,持水孔隙為36% ;抗壓強度為3. OMPa ;容重為O. 59g/cm3 ;耐火度大於1000°C。種植水稻、草莓、長春花等，長勢良好。
實驗6本實施例的土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟(I)按質量百分比，99%陶瓷原料(本實施例為粘土)，O. 5%三聚磷酸鈉分散劑，O. 5%聚乙醇銨粘結劑，按固含量65%添加水後，機械攪拌2h製取料漿；(2)將聚氨酯泡沫在料漿中浸潰進行掛漿，取出後除去多餘料漿，製備成具有三維粗孔隙結構的多孔生坯。(3)將多孔生坯在空微波條件下，1000°C素燒，保溫2min，得到多孔陶瓷素坯。(4)在水中加入30% (質量百分比)的粒徑為500 μ m的膨脹珍珠 巖，攪拌，製備均勻的陶瓷料漿。然後把多孔陶瓷素坯浸入上述陶瓷料漿中，使膨脹珍珠巖進入多孔陶瓷內部的大孔隙中，把素坯取出晾乾，獲得細孔隙結構的陶瓷素坯。(5)將細孔隙結構的陶瓷素坯在空氣條件下，1050°C燒成，保溫720min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。本實施例製備的土壤替代多孔陶瓷材料，通氣孔隙孔徑大於150 μ m，通氣孔隙率為17% ;持水孔隙孔徑為35 100 μ m,持水孔隙率為27% ;抗壓強度為4. 3MPa ;容重為O. 71g/cm3 ;耐火度大於1000°C。種植水稻、佛甲草、馬蹄金草，黑麥草等，長勢良好。實施例7(I)按質量百分比，稱取99%建築垃圾，O. 2%檸檬酸銨分散劑，O. 2%聚丙烯酸銨分散劑，O. 1%三聚磷酸鈉分散劑，O. 5%羧甲基纖維素鈉粘結劑，製備幹壓料；(2)幹壓成型，得到具有三維粗孔隙結構的多孔生坯。(3)將多孔生坯在空氣氣氛下，650°C素燒，保溫720min，得到多孔陶瓷素坯。(4)在水中加入30% (質量百分比)的粒徑為800 μ m的膨脹蛭石，攪拌，製備均勻的陶瓷料漿。然後把多孔陶瓷素坯浸入上述陶瓷料漿中，使膨脹蛭石進入多孔陶瓷內部的大孔隙中，把素坯取出晾乾，獲得細孔隙結構的陶瓷素坯。(5)將細孔隙結構的陶瓷素坯在空氣條件下，750°C燒成，保溫720min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。本實施例製備的土壤替代多孔陶瓷材料，通氣孔隙孔徑大於150 μ m，通氣孔隙率為19% ;持水孔隙孔徑為5(Γ120 μ m,持水孔隙率為24% ;抗壓強度為4.1MPa ;容重為O. 73g/cm3 ;耐火度大於1000°C。種植水稻、佛甲草、馬蹄金草，黑麥草等，長勢良好。實施例8本實施例的土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟(I)按質量百分比，99%陶瓷原料(本實施例為40%粘土、59%石英)，O. 5%三聚磷酸鈉分散劑，O. 5%聚乙醇銨粘結劑，按固含量65%添加水後，機械攪拌2h製取料漿；(2)將聚氨酯泡沫在料漿中浸潰進行掛漿，取出後除去多餘料漿，製備成具有三維粗孔隙結構的多孔生坯。(3)將多孔生坯在空微波條件下，1000°C素燒，保溫2min，得到多孔陶瓷素坯。(4)在水中加入30% (質量百分比)的粒徑為500 μ m的膨脹珍珠巖，攪拌，製備均勻的陶瓷料漿。然後把多孔陶瓷素坯浸入上述陶瓷料漿中，使膨脹珍珠巖進入多孔陶瓷內部的大孔隙中，把素坯取出晾乾，獲得細孔隙結構的陶瓷素坯。(5)將細孔隙結構的陶瓷素坯在空氣條件下，1150°C燒成，保溫720min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。本實施例製備的土壤替代多孔陶瓷材料，本實施例製備的土壤替代多孔陶瓷材料，通氣孔隙孔徑大於150 μ m，通氣孔隙率為19 ;持水孔隙孔徑為35 100μπι，持水孔隙率為23% ;抗壓強度為3. 7MPa ;容重為O. 75g/cm3 ;耐火度大於1000°C。種植水稻、佛甲草、馬蹄金草，黑麥草等，長勢良好。實施例9本實施例的土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，包括以下步驟(I)按質量百分比，99%陶瓷原料(本實施例為20%滑石、30%石粉、49%鋁礬土)，O. 5%三聚磷酸鈉分散劑，O. 5%聚乙醇銨粘結劑，按固含量65%添加水後，機械攪拌2h製取料漿； (2)將聚氨酯泡沫在料漿中浸潰進行掛漿，取出後除去多餘料漿，製備成具有三維粗孔隙結構的多孔生坯。(3)將多孔生坯在空微波條件下，1000°C素燒，保溫2min，得到多孔陶瓷素坯。(4)在水中加入30% (質量百分比)的粒徑為500 μ m的膨脹珍珠巖，攪拌，製備均勻的陶瓷料漿。然後把多孔陶瓷素坯浸入上述陶瓷料漿中，使膨脹珍珠巖進入多孔陶瓷內部的大孔隙中，把素坯取出晾乾，獲得細孔隙結構的陶瓷素坯。(5)將細孔隙結構的陶瓷素坯在空氣條件下，950°C燒成，保溫720min，得到土壤替代多孔陶瓷材料。本實施例製備的土壤替代多孔陶瓷材料，本實施例製備的土壤替代多孔陶瓷材料，通氣孔隙孔徑大於150 μ m,通氣孔隙率為20% ;持水孔隙孔徑為35 100 μ m,持水孔隙率為22% ;抗壓強度為4. 6MPa ;容重為O. 84g/cm3 ;耐火度大於1000°C。種植水稻、佛甲草、馬
蹄金草，黑麥草等，長勢良好。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種土壤替代多孔陶瓷植草材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)以固體廢棄物或陶瓷原料為主要原料，加入分散劑和粘結劑，得到粗集料；所述固體廢棄物為陶瓷廢料、城市汙泥、疏浚泥、建築垃圾、煤渣、粉煤灰中的一種或兩種以上； (2)通過幹壓成型、注模成型或浸潰成型將粗集料製備成具有三維粗孔隙結構的多孔生坯； (3)將多孔生坯素燒，得到多孔陶瓷素坯； (4)將多孔陶瓷素坯浸潰入陶瓷料漿或發泡料漿中，獲得細孔隙結構的陶瓷素坯； (5)將細孔隙結構的陶瓷素坯燒成，得到土壤替代多孔陶瓷材料。
2.根據權利要求1所述的一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，其特徵在於，步驟(I)所述陶瓷原料為粘土、球土、石英、長石、滑石、石粉、鋁礬土中的一種或兩種以上。
3.根據權利要求1所述的一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，其特徵在於，步驟(I)所述分散劑為檸檬酸銨、三聚磷酸鈉或聚丙烯酸銨中的一種或兩種以上。
4.根據權利要求1所述的一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，其特徵在於，步驟(I)所述粘結劑為羧甲基纖維素鈉或聚乙醇銨。
5.根據權利要求1所述的一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，其特徵在於，步驟(4)所述發泡料漿以十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉為發泡劑。
6.根據權利要求1所述的一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，其特徵在於，步驟(3)所述素燒的溫度為65(Tl000°C，保溫時間為2 720min。
7.根據權利要求1或6所述的一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，其特徵在於，所述素燒為微波素燒或氣氛素燒。
8.根據權利要求1所述的一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，其特徵在於，步驟(5)所述燒成的溫度為75(Tl250°C，保溫時間為3 1440min。
9.根據權利要求1或8所述的一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，其特徵在於，步驟(5)所述燒成為微波燒成或氣氛燒成。
10.根據權利要求1所述的一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，其特徵在於，步驟(4)所述陶瓷料漿為膨脹珍珠巖或膨脹蛭石的水溶液。
全文摘要
本發明公開了一種土壤替代多孔陶瓷材料的製備方法，以陶瓷廢料、城市汙泥、疏浚泥、建築垃圾、煤渣、粉煤灰等固體廢棄物或陶瓷原料為主要原料，輔以分散劑、粘結劑、發泡劑等，經成型、素燒、浸漬、燒成等工藝製成。本發明的土壤替代多孔陶瓷植草材料其形狀、結構、大小易於調節，孔徑大小、孔隙率可控，具有生產成本低、強度高、質量輕、環保等優點，通氣、保水、保肥及土壤改良、促根壯苗性能比實際土壤及傳統保水植草材料優良，無需組合其他材料即可直接用於植物的無土栽培。並且移動方便，容易將植物與基體連在一起移動。本發明製備的土壤替代多孔陶瓷也可作為土壤改良劑，用於水稻、玉米、小麥等農作物的栽培。
文檔編號C04B33/04GK103011894SQ20121040136
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者稅安澤, 覃東, 李雲豐, 吳誠, 張勇林, 方桂金 申請人:華南理工大學