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        燒結(jié)溫度對硅藻土基陶瓷磚吸濕和放濕性能的影響

        2013-09-04 08:36:24高風(fēng)輝蘇立明金松哲
        關(guān)鍵詞:陶瓷磚硅藻土孔隙

        高風(fēng)輝, 蘇立明, 林 健, 趙 宇, 金松哲*

        0 引 言

        硅藻土是古代硅藻遺體組成的硅質(zhì)沉積巖,其化學(xué)主要成分是SiO2,且含有少量的Fe2O3,CaO,Al2O3,MgO和有機質(zhì)等。硅藻有很多不同的形狀,如圓盤狀、針狀、筒狀和羽狀等[1]。硅藻土在世界上儲量非常豐富,并且具有很好的物理性質(zhì),如多孔性(25%~65%)、小尺寸、低導(dǎo)熱性、低密度、大的比表面和高吸附能力[2]。由于硅藻土良好的吸附特性和較大的比表面積,硅藻土及其改性硅藻土在工業(yè)廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。Khraisheh[3]等研究了硅藻土和改性硅藻土在污水中Pb2+,Cu2+和Cd2+的吸附作用。同時,硅藻土在被海嘯中銫-137污染的海水的凈化中起到良好效果[4]。硅藻土對水溶液中的鈾離子的吸附也有重要的作用[5]。用水鐵礦改性過的硅藻土,比表面大大增加,可以用作湖泊河流污水中磷的吸收,進而預(yù)防超富營養(yǎng)化的出現(xiàn)[6]。硅藻土在土壤改性中起到重要作用,能大大地提高土壤的吸水能力[7]。

        室內(nèi)濕度和健康緊緊相連,當(dāng)環(huán)境濕度低于30%時,皮膚喉嚨會感到干燥,眼睛受到刺激。當(dāng)環(huán)境濕度較高時,人們會感到呼吸困難,甚至過敏,同時,建筑材料質(zhì)量也會受到影響,如霉菌生長等[8]。國內(nèi),以硅藻土為環(huán)保飾材還沒有得到大量的推廣應(yīng)用,相關(guān)技術(shù)研究也才剛剛起步。

        文中就是以硅藻土為主要原料,加入少量的長石、粘土、滑石和膨潤土等,通過壓制成型、燒結(jié),制備出具有吸濕和放濕功能的環(huán)保陶瓷磚,并研究了不同燒結(jié)溫度對陶瓷磚的密度、抗壓強度及吸濕和放濕性能的影響。

        1 試驗方法及過程

        本實驗采用吉林省臨江市硅藻土作為主要原料,加入長石、粘土、滑石和膨潤土。采用濕法混合2h后在105℃下烘干,經(jīng)過壓片制成60mm×60mm×8mm壓坯,分別在900~1 080℃進行燒結(jié)。

        燒結(jié)樣品采用阿基米德法測量密度。用JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡(FESEM)觀察硅藻土陶瓷磚的組織和孔隙狀態(tài)。用三點彎曲法測試樣品的抗壓強度。恒溫恒濕試驗箱(HDHWHS-50)測陶瓷磚的吸濕和放濕能力,實驗溫度為25℃。

        2 實驗結(jié)果

        2.1 不同燒結(jié)溫度下的組織

        燒結(jié)溫度對陶瓷磚組織的影響如圖1所示。

        圖1 燒結(jié)溫度對陶瓷磚組織的影響

        由圖1(a)可以看出,在900℃燒結(jié)溫度下樣品顆粒細小,孔隙數(shù)量較多。隨著燒結(jié)溫度的增加,陶瓷磚中顆粒逐漸變大,孔隙減少(見圖1(b)~(d))。

        2.2 燒結(jié)溫度對陶瓷磚密度的影響

        密度隨燒結(jié)溫度的變化曲線如圖2所示。

        圖2 密度隨燒結(jié)溫度的變化曲線

        由圖2可知,樣品的密度隨著燒結(jié)溫度的提高而顯著增加。這表明,隨著溫度的增高,樣品中的孔隙逐漸減少,燒結(jié)使得陶瓷磚變得更加致密。密度變化趨勢和SEM形貌觀察結(jié)果一致。

        2.3 燒結(jié)溫度對抗壓強度的影響

        不同溫度燒結(jié)的陶瓷試樣抗壓強度見表1。

        表1 不同溫度燒結(jié)的陶瓷試樣抗壓強度

        由表1可以看出,隨著溫度的提高,樣品的抗壓強度不斷提高,當(dāng)溫度超過1 020℃時,樣品升高的程度減小。表明隨著溫度的升高,樣品的燒結(jié)程度逐漸提高,晶粒變大,密度增加,進而提高了樣品的抗壓強度。

        2.4 燒結(jié)溫度對陶瓷磚吸濕和放濕性能的影響

        硅藻土陶瓷的吸濕量和放濕量隨燒結(jié)溫度的變化曲線如圖3所示。

        由圖3可知,陶瓷磚的吸濕量隨著燒結(jié)溫度的增加而減小。當(dāng)溫度為900℃時,陶瓷磚的吸濕量為32mg/g;當(dāng)溫度為1 080℃時,陶瓷磚的吸濕量為5mg/g。同樣,陶瓷磚的放濕量隨著燒結(jié)溫度的增加而減少,在溫度為900℃時,陶瓷磚的放濕量為30mg/g;當(dāng)溫度為1 080℃時,陶瓷磚的放濕量為4mg/g。這是因為隨著燒結(jié)溫度的提高,樣品的顆粒逐漸變大,燒結(jié)程度增大,孔隙數(shù)量減少。

        圖3 吸濕量和放濕量隨燒結(jié)溫度的變化曲線

        根據(jù)開爾文方程[9]:

        式中:p——液體在毛細管內(nèi)的蒸汽壓力;

        r——毛細管半徑;

        p0——液體的飽和蒸汽壓;

        δ——表面張力;

        vm——氣體的摩爾體積;

        θ——毛細管內(nèi)液體的潤濕接觸角;

        R——摩爾氣體常數(shù);

        T——熱力學(xué)溫度。

        文中硅藻土陶瓷磚的吸濕和放濕實驗結(jié)果基本符合上述規(guī)律。當(dāng)燒結(jié)溫度逐漸升高時,陶瓷磚內(nèi)的孔隙逐漸變少,毛細凝集現(xiàn)象更難發(fā)生,相應(yīng)的吸濕和放濕性能逐漸減弱。

        3 結(jié) 語

        本研究通過以硅藻土、鉀長石、粘土、滑石和膨潤土為原料作為助溶劑,通過濕法混合、烘干、壓制、燒結(jié),成功制備出了具有吸濕和放濕功能的硅藻土基陶瓷磚。

        隨著燒結(jié)溫度的提高,陶瓷磚的密度、抗壓強度不斷提高,吸濕和放濕能力逐漸降低。當(dāng)溫度在900℃時,陶瓷磚的密度為1.350 7g/cm3,抗壓強度為4.58MPa,最大吸濕量為32mg/g,最大放濕量為30mg/g。

        [1] 秦玉明,李遠才.裝飾性硅藻土基陶瓷的制備和表征[J].中國陶瓷,2007,43(2):38-40.

        [2] M Aivalioti,P Papoulias,A Kousaiti,et al.Adsorption of BTEX,MTBE and TAME on natural and modi?ed diatomite[J].J .Hazard Mater,2012,207:117-127.

        [3] M A M Khraisheh,Y S Al-degs,W A M Mcminn.Remediation of wastewater containing heavy metals using raw and modi?ed diatomite[J].Chem.Eng.J.,2004,99:177-184.

        [4] B Y Hu,B Fugetsu,H W Yu,et al.Prussian blue caged in spongiform adsorbents using diatomite and carbon nanotubes for elimination of cesium[J].J.Hazard Mater,2012,217:85-91.

        [5] M Sprynskyy,I Kovalchuk,B Buszewski.The separation of uranium ions by natural and modi?ed diatomite from aqueous solution[J].J.Hazard Mater,2010,181:700-707.

        [6] W H Xiong,J Peng.Development and characterization of ferrihydrite-modified diatomite as a phosphorus adsorbent[J].Water Res.,2008,42:4869-4877.

        [7] E L Aksakal,I Angin,T Oztas.Effects of diatomite on soil physical properties[J].Catena,2012,88:1-5.

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        [9] S J Gregg,K S W Sing.Adsorption[J].Surface Area and Porosity,1982,2:23-28.

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