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电导率可调控粉煤灰基地质聚合物材料制备及应用
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委托机构
西安嘉思特知识产权代理事务所
技术经理人
刘长春
科技成果持有方
西安建筑科技大学
挂牌时间
2018-03-07
基本信息
技术分析
商业分析
交易信息
项目名称
电导率可调控粉煤灰基地质聚合物材料制备及应用
项目简介
本发明公开了一种电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料制备方法,将粉煤灰、炭黑、九水硅酸钠与氢氧化钾的水溶液放入搅拌装置中进行拌合,经过模具成型、养护,得到电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料。其中,九水硅酸钠、氢氧化钾、炭黑和水掺量分别是粉煤灰质量的15%、7%、0.5%~4.5%和30%~40%;制备的粉煤灰基地质聚合物半导体材料28d养护龄期稳定的电导率可调控在0.00025~0.65(S/m)范围内;将制得的该电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料作为新型光催化剂用于孔雀石绿有机染料降解时,发现了该材料的电导率与染料的降解率成正比的变化规律。其制备工艺简单,成本低廉,制备过程无三废排放,并可作为染料降解的高活性催化剂。
项目所属领域
无
知识产权情况
专利名称:电导率可调控粉煤灰基地质聚合物材料制备及应用
专利类型:发明专利
专利权人:西安建筑科技大学
专利号:CN201610065412.2
有效期限:2016-01-31
技术方案
本发明的目的在于,提供一种电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料制备方法,并将制得的该电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料其应用于有机染料降解的应用。 为了实现上述任务,本发明采取如下的技术解决方案: 一种电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料的制备方法,其特征在于,该方法将粉煤灰、炭黑、九水硅酸钠和氢氧化钾的水溶液放入搅拌装置中进行拌合形成浆体, 经过模具成型、养护,制备成电导率可调控的粉煤灰基地质聚合物;其中,九水硅酸钠、氢氧化钾和炭黑的掺量以粉煤灰质量为基础;九水硅酸钠掺量是粉煤灰质量的15%,氢氧化钾掺量是粉煤灰质量的7%,炭黑的掺量是粉煤灰质量的0.5%~4.5%,水的掺量是粉煤灰质量的30%~40%。 具体包括下列步骤: (1)按配方量称取粉煤灰原料,置于设定程序的自动搅拌机中; (2)按配方量称取炭黑原料,置于设定程序的自动搅拌机中与粉煤灰干混均匀; (3)按配方量称取九水硅酸钠、氢氧化钾; (4)按配方量称取水,将九水硅酸钠、氢氧化钾溶于水中; (5)将九水硅酸钠与氢氧化钾的水溶液置于净浆搅拌机中,加入已拌合均匀的炭黑与粉煤灰的混合料,进行化学反应形成均匀的浆体; (6)将浆体装入三联模具中成型,等距离插入4片镀锌不锈钢电极(规格:2cm× 3cm),用塑料薄膜密封袋密封,置于恒温箱中80℃养护6h,然后取出,室温养护18h后脱模, 放入养护室继续养护,制得电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料试块,检测电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料试块的3d抗压强度,并采用四电极法测试材料 3d、7d、14d、28d不同龄期的电导率。 经申请人研究发现,本发明得到的电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料可用于孔雀石绿有机染料降解的应用。 具体的应用是:室温下采用波长为365nm的PHILIPS TL-D 18W ACTINIC BL紫外线灯管照射孔雀石绿染料,进行光催化降解,具体包括下列步骤: (1)将电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料敲碎,过85目~55目标准筛, 造粒制得0.160mm~0.315mm的颗粒物; (2)用容量瓶配制初始浓度(Co)的孔雀石绿染料水溶液;用紫外-可见分光光度计测定其初始吸光度A0; (3)将定量的电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料颗粒,放入盛有一定体积、浓度为Co的孔雀石绿染料反应器中,室温下用紫外线灯照射一定时间,进行离心分离,将离心管中的上清液移至比色皿中,用紫外-可见分光光度计在λmax=616nm测定t时间的吸光度At,相应的染料浓度为Ct; (4)测定完吸光度后,将所有反应液及固体催化剂重新倒入反应装置中; (5)重复步骤(3)和步骤(4),直至孔雀石绿的吸光度不随时间的变化而变化,采用以下公式计算孔雀石绿染料的降解率:
可量化指标
对比技术
我国是以煤炭为主要能源的国家,大量的煤炭用于火力发电,火力发电量占全国总发电量的76%。粉煤灰是燃煤烟气经除尘器收集后的细小飞灰; 国家发展和改革委员会关于2014年中国资源综合利用年度报告显示,2013年我国的粉煤灰排放量约为5.8亿吨[1],累积堆存量约27亿吨,占用土地27万亩。粉煤灰庞大的堆存量给我国的国民经济建设及生态环境建设造成巨大的压力。采取措施,开拓思路,加大对粉煤灰进行综合利用不仅关系到能源的可持续发展,同时对实现循环经济具有重要意义。 目前,粉煤灰综合利用主要集中在建筑材料[2-4]、筑路工程[5]、混凝土填料[6]、 保温隔热墙体材料[7]、粉煤灰空心微珠[8]、土壤改良[9-10]、农业[11]、废水处理[12-14] 等领域;粉煤灰具有潜在的火山灰活性,利用粉煤灰制备地质聚合物已成为国内外学者的研究热点。廖明辉[15-17]等对粉煤灰基地质聚合物的力学性能、反应机理进行研究;廖明辉[15]考查了养护制度对粉煤灰基地质聚合物抗压强度的影响;曹娃[16]等以粉煤灰和钢渣为原料,采用水玻璃和氢氧化钠作为碱激发剂,制备出一种早强的地质聚合物;张云升 [17]等采用无电极电阻率法,研究了粉煤灰基地质聚合物的凝结硬化,分析了粉煤灰与碱激发剂之间的反应机理。 人们对粉煤灰基地质聚合物的酸碱盐腐蚀性、抗冻融、氯离子渗透、等耐久性能开展了大量的研究工作[18,19];刘龙[18]等以粉煤灰、赤泥、矿渣为主要原料,硅酸钠为碱激发剂,采用蒸压养护制度制备的胶凝材料具有一定的耐酸、碱、盐腐蚀性能、耐高温性能和良好的抗冻融性能;张程浩[19]等人研究中发现粉煤灰基地质聚合物地质聚合物对氯离子具有优良的固化能力。 针对粉煤灰基地质聚合物脆性大的特征,一些作者开展了地质聚合物强化增韧的研究工作,王亚超[20]研究表明玄武岩纤维对粉煤灰地质聚合物具有强化增韧效果,大幅度提高粉煤灰地质聚合物的抗折强度;朱志铎[21]等的中国专利申请(公开号: CN104108903A)公开了玉米秸秆纤维增强粉煤灰基地质聚合物胶凝材料及其制备方法,该制备方法以粉煤灰为原料,采用氢氧化钠和水玻璃为碱激发剂,在碱激发剂和粉煤灰的混合料中添加去除了表面果胶的含水率5~10%的玉米秸秆纤维,其玉米秸秆纤维占混合料的质量百分数为1~3%对粉煤灰基地质聚合物具有强化增韧效果。 有关粉煤灰基地质聚合物制备发泡混凝土及发泡自保温墙体材料也有所报导 [22,23]。任志强[22]等以双氧水为发泡剂,制备了粉煤灰基地质聚合物地质聚合物基泡沫混凝土,并对制备工艺进行了优化;张书源[23]等的中国专利申请(公开号: CN1032244350A)公开了一种粉煤灰地质聚合物自保温砌块及其制造工艺,该方法是利用粉煤灰和矿粉的火山灰活性,在碱性激发剂的激发下,经发泡、养护制成一种粉煤灰地质聚合物自保温砌块,其中粉煤灰60-95%,混合碱激发剂4-30%,矿渣微粉0.01-25%,稳泡剂 0.3-5%,所制得砌块具有抗冻融性强、导热系数低、与建筑同寿命、防水性好、强度高的特点。同理,刘意[24]等的中国专利申请(公开号:CN105152184A)公开了一种由粉煤灰地质聚合物制备八面沸石分子筛的方法,该方法分为二步,第一步是制备出粉煤灰地质聚合物;第二步是将该地质聚合物放入水热反应釜中,添加氢氧化钠溶液,反应结束后经洗涤干燥得到八面沸石分子筛材料。 粉煤灰基地质聚合物具有一定的吸附性能可作为吸附剂[25]、具有孔结构可固化核废料[26],含有氧化物半导体可作为光催化剂[27];罗洁[25]等人报道了粉煤灰地质聚合物对Cs+具有一定的吸附特性。李琴[26]等的中国专利(公开号:CN104200862A)公开了一种利用粉煤灰基地质聚合物固化放射性废树脂的方法。张耀君[27]等的中国专利(公开号: CN102430419A)公开了一种Ni2+掺杂地质聚合物催化剂的制备及其在有机物降解中的应用, 该制备方法以粉煤灰为原料,在化学激发剂作用下制备地质聚合物,掺杂Ni2+作为催化剂用于工业废水中亚甲基蓝降解反应,其降解率为77.29%。 综上所述,发明人通过系统查阅了大量的国内外文献资料及专利,没有发现有关任何炭黑调变碱激发粉煤灰地质聚合物半导体材料的制备方法,以及将其应用于有机染料降解的任何相关报导。 本发明的创造性之处在于制备了一种可用于染料降解的电导率可调控的粉煤灰基地质聚合物半导体材料,其方法是通过控制炭黑的掺量,将粉煤灰基地质聚合物半导体材料的电导率调控在半导体材料10-8~103(S/M)范围之内,导电炭黑与粉煤灰基地质聚合物基体中的氧化物半导体相互搭接,形成连通的导电网络;该材料在光照条件下,粉煤灰基地质聚合物中的氧化物半导体产生的光生电子-空穴对中的光生电子通过炭黑连通的导电网络得以及时传输,从而使光生电子与空穴高效分开,光生空穴能够高效氧化染料分子使其降解;创造性的发现了该材料的电导率与染料的降解率成正比的变化规律。 以下是发明人给出的参考文献: [1]国家发展和改革委员会,中国资源综合利用年度报告(2014)。 [2]韩金周,浅析粉煤灰在建筑工程中的应用,科技展望,11(2014)69。 [3]林水香,建筑材料中粉煤灰的应用问题研究,江西建材,22(2015)。3-5。 [4]吴韩,粉煤灰在建筑材料中的应用,中国建材科技,04(2010)63-67。 [5]崔靖奇,粉煤灰路基填筑施工技术分析,价值工程,07(2014)。122-123。[6] Rafat.S,Effect of fine aggregate replacement with Class F fly ash on the mech-anical properties of concrete,Cem.Concr.Res.,33(2003)539-547。 [7]陆青文,工业化应用粉煤灰生产环保墙体材料工程,广东化工,18(2013)84- 85。 [8]李桂金,白志民,马忠诚,文寨军,镍铁氧体/粉煤灰空心微珠复合粉体的制备及电磁性能,硅酸盐学报,02(2015)231-236。 [9]张晋爱,粉煤灰和农家肥混合施用对改良盐碱地效果分析,农业与技术,08 (2015)11-12。 [10]贾艳萍,姜修平,姜成,张海丰,张兰河,改性粉煤灰的制备及其在含磷废水处理中的应用进展,硅酸盐通报,07(2015)1921-1925。 [11]王占华,周兵,孙雪景,彭举威,粉煤灰改性及其在废水处理中的应用现状研究,能源环境保护,04(2014)1-5。 [12]王祎玮,侯迎迎,王祖伟,粉煤灰在土壤改良和污染治理中的研究进展,资源节约与环保,10(2014)142-143。 [13]杨新丽,粉煤灰在工业及农业方面的用途,科技风,19(2011)163。 [14]Y.J.Zhang,L.C.Liu,Fly ash-based geopolymer as a novel photocatalyst for degradation of dye from wastewater,Particulogy,11(2013)353- 358。 [15]廖明辉,碱激发高钙粉煤灰地质聚合物的强度特性,硅酸盐通报,34(08) (2015)2167-2176。 [16]曹娃,伊元荣,马佐,王龙,粉煤灰基地质聚合物-钢渣地质聚合物的抗压强度实验研究,环境科学与技术,37(12)(2014)205-208。 [17]张云升,贾艳涛,李宗津,权基琢,电阻率法研究粉煤灰基地聚合物的凝结硬化,武汉理工大学学报,07(2009)111-114。 [18]刘龙,黄莉美,王爱贞,贾保栓,赤泥-粉煤灰-矿渣碱激发胶凝材料性质的研究,洛阳理工学院学报(自然科学版),01(2012)13-20。 [19]张程浩,李悦,刘大成,严建华,粉煤灰基地质聚合物固定氯离子能力及其机理的研究,唐山学院学报,03(2013)40-42。 [20]王亚超,徐勇,张耀君,徐德龙,聚丙烯酸树脂增韧粉煤灰基地质聚合物地质聚合物的性能研究,硅酸盐通报,30(02)(2011)403-406。 [21]朱志铎,陈武,吴昌胜,玉米秸秆纤维增强粉煤灰地质聚合物胶凝材料及其制备方法,中国专利申请(公开号:CN104108903A)。 [22]任志强,粉煤灰基地质聚合物泡沫混凝土的制备工艺研究,中北大学(2014)。 [23]张书源,粉煤灰地质聚合物自保温砌块及制造工艺,中国专利申请(公开号: CN103224350A)。 [24]刘意,严春杰,一种由粉煤灰地质聚合物制备八面沸石分子筛的方法,中国专利申请(公开号:CN105152184A)。 [25]罗洁,张海军,刘璟,杨剑,黄胜,邓仕明,粉煤灰基地质聚合物对Cs+的吸附行为,化工环保,02(2015)192-198。 [26]李琴,邓宁,崔皓,一种利用粉煤灰基地质聚合物固化放射性废树脂的方法, 中国专利申请(公开号:CN104200862A)。 [27]张耀君,刘礼才,徐德龙,王亚超,Ni2+掺杂地质聚合物催化剂的制备及在有机物降解中的应用,中国申请专利(公开号:CN102430419A)。
项目创新点
本发明的创新之处在于: (1)制备了一种电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料,其方法是通过控制炭黑的掺量,将该电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料28d养护龄期稳定的电导率调控在0.00025~0.65(S/m)范围之内;导电炭黑与粉煤灰地质聚合物胶凝材料基体中的半导体氧化物相互接触,形成连通的导电网络。 (2)该电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料在光照条件下,粉煤灰基地质聚合物中的氧化物半导体产生的光生电子-空穴对中的光生电子通过炭黑连通的导电网络得以及时传输,从而使光生电子-空穴对高效分离,光生空穴能够高效的氧化染料分子使其降解。 (3)创造性的发现了电导率可调控粉煤灰基地质聚合物半导体材料的电导率与染料的降解率成正比的变化规律。
应用前景
无
项目阶段
研发
经济效益
商业模式
技术交易方式
技术转让
意向交易额
面谈
询价交易额
无
备注
1
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