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硼硅酸盐泡沫玻璃无机浮质载体的研究

钟颖  
【摘要】:泡沫玻璃多孔材料有着广泛的应用领域,其质轻,强度高,化学稳定性好,是一种绿色环保材料,但作为能用于富营养化水体治理的人工浮质载体材料,目前还缺乏系统性的研究。本课题针对与人工浮岛水上浮质载体应用相匹配的泡沫玻璃材料进行了系统的研究,探讨了玻璃基础配方的组成以及发泡剂和多种添加剂对泡沫玻璃材料结构和性能的影响。实验利用XRD物相分析测试仪、热膨胀系数测定仪、万能试验机、扫描电子显微镜等分析测试仪器,对R2O-B2O3-Al2O3-SiO2体系泡沫玻璃材料的物相结构、热膨胀系数、抗压强度及表面形貌的显微结构等进行了深入研究。 实验结果表明:当基础泡沫玻璃配方的硅硼比值为4.615时,基础配方的熔融软化温度点为700℃左右,且以碳粉为发泡剂时,抗压强度达到最大值3.68MPa,所得试样的密度为0.394g/cm3,热膨胀系数平均值为11.1010-6/℃(室温~100℃),且耐水体腐蚀性能良好。 在基础玻璃配方中加入不同种类与含量的添加剂,发现以2.00%MnO2量,1.00%CaCO3量为促泡剂时,试样发泡效果良好,由于二者都是分解型促泡剂,因此,样品中开口气孔较多。 ZnO在玻璃中的促进析晶效果可以发挥其微晶增强的作用,实验中当添加ZnO量为6%和8%时,试样的抗压强度参数较为理想,而密度则会比基础配方试样有较大幅度的增加,气孔分布均匀性也会有所降低;当添加多晶莫来石纤维(PMFs)4%时,试样强度达到5.5MPa,同时密度可以很好地控制在0.5g/cm3以下,能适应具体载体材料应用的要求。 将K3PO4作为稳泡剂的实验中,研究了其含量对气泡的影响作用,其中以添加量为0.75%为宜,能够在一定程度上提高玻璃熔体高温粘度,有利于泡孔稳定。 泡沫玻璃试样具有良好的化学稳定性,实验中添加Li2CO3以替代部分Na2CO3,能够一定程度上提高玻璃试样的耐水性,使得试样的质量变化减小,其中Li2CO3以1.50%为宜。同时,通过离子溶出浓度测试表明,水溶液中的离子浓度与酸溶液中的相比,有较大差距,可能原因在于两者的氢离子活性不同。 实验还研究了多种添加剂的多因素实验配方,结果表明,对于多因素作用的泡沫玻璃制品,其优化效果并没有以叠加的方式发挥作用,而且作用机理较为复杂,因此,需要进一步的研究和探索。


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