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泡沫玻璃及其复合材料的低温烧结制备与性能研究

朱春肖  
【摘要】:本文首先以低熔点玻璃粉作为主要原料,碱式碳酸镁作为发泡剂,采用500℃左右的低温来烧结制造出了泡沫玻璃。利用X射线荧光光谱仪、X射线衍射仪、同步热分析仪、热膨胀仪、导热系数测试仪和电子万能试验机等分析设备对材料进行了检测。研究了烧结温度、保温时间和发泡剂含量对泡沫玻璃结构和性能的影响,确定了制备泡沫玻璃的最佳工艺参数。当发泡剂含量为2wt%,烧结温度为510℃,保温时间为50min时,泡沫玻璃的平均孔径为2.05mm,体积密度为0.34g/cm3,孔隙率为76.63%,抗压强度为3.14MPa,导热系数为0.064 W/(m·k)。烧结温度越高,玻璃配合料的粘度越小,发泡剂反应产生的气体压力越大,气泡膨胀长大的越多,孔壁越薄,孔径和孔隙率越大,体积密度越小,但烧结温度不宜过高,否则样品机械性能较差,不能承受较大的压力,导热系数也较大,使得保温隔热性能较差。随着保温时间的升高,发泡剂有充足的时间反应放出气体,得到的样品发泡效果好,而保温时间过长,样品内部大气孔和连通孔增多,综合性能变差。发泡剂含量增多,会使发泡剂反应产生的气体增多,气孔孔径变大。文本又在上面的玻璃配合料里面加入了硅藻土,仍然用低温烧结工艺制造出了硅藻土/泡沫玻璃复合多孔吸附材料。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析仪器对材料进行了检测。探讨了烧结温度、保温时间和硅藻土掺量对复合材料结构和性能的影响,确定了最佳制备工艺参数。当硅藻土掺量为30wt%,烧结温度为540℃,保温时间为70min时,复合材料的平均孔径为2.11mm,体积密度为0.46g/cm3,孔隙率为78.39%。随着烧结温度和保温时间的升高,材料的孔径和孔隙率变得越大,体积密度变小。硅藻土含量越高,样品的孔径越小,当含量增加到50wt%时变成了烧结致密体,基本上没有产生气泡,发泡效果很差。本文将制备出的硅藻土/泡沫玻璃复合材料来吸附废水中的铜离子,利用原子吸收分光光度计来检测废水中铜离子浓度,根据公式计算得到了铜离子去除率和吸附量的数据,研究了复合材料中硅藻土掺量、吸附温度、溶液初始PH值和溶液初始浓度对铜离子吸附效果的影响。当硅藻土掺量为30wt%,吸附温度为10℃,溶液初始PH值为3.34,溶液初始浓度为100mg/L时复合材料的吸附效果较好,铜离子的去除率达到了86%以上。吸附温度对铜离子的去除效果影响不大,随着吸附温度的升高,去除率都在86%以上,吸附效果比较好。随着硅藻土掺量的升高,铜离子的去除率增加,当硅藻土掺量升高到50wt%,吸附平衡时的去除率只有40%,吸附效果反而没有那么好,主要是因为样品内部颗粒之间发生了聚合和结块阻碍了对铜离子的吸附。通过对比发现添加适量硅藻土的复合材料吸附铜离子的效果比天然硅藻土高很多。溶液初始PH值越大,铜离子去除率越高,当溶液处于弱酸条件下时铜离子的去除率较高,接近100%。溶液初始浓度对吸附效果的影响最为显著,溶液初始浓度越高,去除率越低,吸附量越高。复合材料对铜离子的吸附比较符合二级动力学模型以及Langmuir模型。


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