一种地质聚合物的合成方法
【专利摘要】本发明公开了一种地质聚合物的合成方法，取偏高岭土加入失效磷酸基抛光液混合后进行反应，反应结束后即得产品。其中，所用的失效磷酸基抛光液为偏高岭土重量的70～75%，所述失效磷酸基抛光液包含以下重要组分：65～75%磷酸、8～12%硫酸、2～5%硝酸。本发明激发剂为酸性，可避免所合成地质聚合物产生“碱骨料反应”，所合成产品性能好，质量优；进一步的以失效磷酸基抛光液作为合成地质聚合物的激发剂，实现了废弃物再利用，不仅保护环境，而且明显降低了生产地质聚合物材料的成本；并且该发明易于操作，工艺流程简洁。
【专利说明】一种地质聚合物的合成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无机聚合材料的合成方法，特别涉及一种地质聚合物的合成方法。
【背景技术】
[0002]地质聚合物(Geopolymer)是近年来国际上研究非常活跃的非金属材料之一。它是以粘土、工业废渣或矿渣为主要原料，碱或酸为激发剂，经适当的工艺处理，在较低温度条件下通过化学反应得到的一类新型无机聚合物材料。该材料是近年来新发展起来的、有可能在许多场合代替水泥，并有着比水泥更优异性能的新型材料。地质聚合物具有强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀等优于普通硅酸盐水泥的独特性能，同时具有材料丰富、价格低廉、节约能源等优点引起了国内外材料专家的极大兴趣。
[0003]著名理论碱骨料反应也叫碱硅反应，是指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应，引起混凝土内部自膨胀应力而开裂的现象。碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的。目前研究的地聚物材料95%以上都是由碱作为激发剂聚合而成。以碱性物质激发合成地质聚合物材料成本较高，且碱性激发剂的存在易使合成材料产生“碱骨料反应”，导致合成材料开裂和强度下降。酸激发合成的地聚物材料具有良好的抗压和抗化学腐蚀性等性能，可作建筑材料、管道、绝缘材料等。但目前以酸作为激发剂合成地质聚合物的研究很少，有少量相关文献显示，有人以高浓度盐酸或者硫酸作为激发剂与矿渣进行反应，制成地质聚合物。盐酸、硫酸都是强酸，价格较贵，从而使得制作成本高，而且高浓度酸在操作时不安全，对于工业生产是不利的。
[0004]抛光液是招材加工过程中用于招材表面抛光和生成氧化膜的液体，一般由一种或几种强酸、中强酸混合而成。抛光液经多次使用后，其液体中的铝等金属离子逐渐累积，最终失去抛光和氧化作用，称之为失效。磷酸基抛光液一般是由80%磷酸、15%硫酸和5%硝酸混合而成，失效磷酸基抛光液约含有70%磷酸、10%硫酸、3%硝酸、10%的水以及其他杂质。以往在铝材加工企业中，对失效抛光液的处理一般以添加石灰中和酸后排放，耗资巨大，不仅浪费了资源，而且严重污染了环境。
[0005]如何提高所合成地质聚合物的质量，节约成本，实现工业、环境共同进步是本领域面临的一大难题。
【发明内容】
[0006]本发明针对上述技术问题，发明一种地质聚合物的合成方法，该方法用失效磷酸基抛光液作为激发剂，与偏高岭土合成地质聚合物，所合成产品性能好，质量优。利用失效磷酸基抛光液还能变废为宝，减少污染，所需成本较低。
[0007]本发明技术方案如下:
[0008] 一种地质聚合物的合成方法，主要技术方案为:取偏高岭土加入失效磷酸基抛光液混合后进行反应，反应结束后即得产品。[0009]优选的是，所述失效磷酸基抛光液用量为偏高岭土重量的70~75%。
[0010]优选的是，所述失效磷酸基抛光液包含以下重要组分:65~75%磷酸、8~12%硫酸、2~5%硝酸。
[0011]优选的是，所述反应的反应条件为在30~80°C下反应2~6天。
[0012]优选的是，反应结束后将所得物养护28天以上。
[0013]优选的是，所述的养护为将反应结束后所得物质放入密封袋中置于室温环境中。
[0014]优选的是，所述的偏高岭土为将高岭土加热至400~900°C并保持0.5~2h，冷却后制得。
[0015]优选的是，偏高领土与失效磷酸基抛光液混合后再加入加偏高岭土重量1.5~3%的水进行反应。
[0016]优选的是，偏高岭土与失效磷酸基抛光液搅拌均匀后注入模具，反应结束后再脱模。
[0017]本发明的有益效果:
[0018]本发明以失效磷酸基抛光液作为合成地质聚合物的激发剂，其内含有的磷酸以及硫酸参与溶胶-凝胶反应，与铝氧四面体和硅氧四面体生成三维空间结构，形成性能好、质量优、高强度地质聚合物材料；该激发剂显酸性，可避免合成地质聚合物材料产生“碱骨料反应”，使得所合成产品抗压强度好；使用失效磷酸基抛光液作为激发剂实现了废弃物再利用，不仅保护环境，而且明显降低了生产地聚物材料的成本；进一步的反应结束后随养护时间延长，所的产品抗压强度也会随·之提高从而使所制得地质聚合物质性能更好，质量更优；而且该发明易于操作，工艺流程简洁。
【具体实施方式】
[0019]以下参照【具体实施方式】来进一步描述本发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受制于本发明的实施方式。失效磷酸基抛光液含有65~75%磷酸、8~12%硫酸、2~5%硝酸、5~15%的水以及其他杂质。本发明实施例中所用失效磷酸基抛光液皆为广西越洋化工实业集团提供，该集团所用磷酸基抛光液可于市场上购买，该磷酸基抛光液主要成分为:85%的磷酸，15%的硫酸，5%的硝酸，经多次使用后，液体中的铝等金属离子逐渐累积，最终失去抛光和氧化作用，即是失效磷酸基抛光液。
[0020]实施例1
[0021]将2000g的高岭土放入马弗炉中加热至400°C并保持2h，冷却后得到偏高岭土。称取1000g的偏高岭土，加入700g含65%磷酸、12%硫酸、2%硝酸的失效磷酸基抛光液和15g的去离子水，搅拌均匀后注入模具，保持温度为30°C进行反应，反应时间为6天，反应结束后进行脱模，此时测得其抗压强度约为20MPa，将脱模后物质放于密封袋中置于室温环境中，28天后取出，再次测量所制得地质聚合物为抗压强度达49MPa的高强度合成地聚物材料。实施例2
[0022]将2500g的高岭土放入马弗炉中加热至650°C并保持1.5h，冷却后得到偏高岭土。称取1200g的偏高岭土，加入870g含75%磷酸、8%硫酸、5%硝酸的失效磷酸基抛光液和27g的去离子水，搅拌均匀后注入模具，保持温度为55°C进行反应，反应时间为4天，反应结束后进行脱模，此时测得其抗压强度约为25MPa，将脱模后物质放于密封袋中置于室温环境中，35天后取出，再次测量所制得地质聚合物为抗压强度达51MPa的高强度合成地聚物材料。实施例3
[0023]将2000g的高岭土放入马弗炉中加热至800°C并保持lh，冷却后得到偏高岭土。称取1000g的偏高岭土，加入700g含70%磷酸、10%硫酸、3%硝酸、的失效磷酸基抛光液和20g的去离子水，搅拌均匀后注入模具，保持温度为60°C进行反应，反应时间为5天，反应结束后进行脱模，此时测得其抗压强度约为24MPa，将脱模后物质放于密封袋中置于室温环境中，30天后取出，再次测量所制得地质聚合物为抗压强度达55MPa的高强度合成地聚物材料。实施例4
[0024]将2500g的高岭土放入马弗炉中加热至600°C并保持lh，冷却后得到偏高岭土。称取1000g的偏高岭土，加入860g含70%磷酸、10%硫酸、3%硝酸的失效磷酸基抛光液，搅拌均匀后注入模具，保持温度为60°C进行反应，反应时间为3天，反应结束后进行脱模，此时测得其抗压强度约为20MPa，将脱模后物质放于密封袋中置于室温环境中，30天后取出，再次测量所制得地质聚合物为抗压强度达45MPa的高强度合成地聚物材料。
[0025]实施例5
[0026]将3000g的高 岭土放入马弗炉中加热至900°C并保持0.5h，冷却后得到偏高岭土。称取1600g的偏高岭土，加入1200g含72%磷酸、11%硫酸、3%硝酸的失效磷酸基抛光液和48g的去离子水，搅拌均匀后注入模具，保持温度为80°C进行反应，反应时间为2天，反应结束后进行脱模，此时测得其抗压强度约为30MPa，将脱模后物质放于密封袋中置于室温环境中，45天后取出，再次测量所制得地质聚合物为抗压强度达60MPa的高强度合成地聚物材料。而且，随养护时间延长，抗压强度也有所提高。
[0027]本发明以失效磷酸基抛光液作为激发剂，不仅因其含有丰富铝离子，而且其中所含磷酸和硫酸也参与溶胶-凝胶反应，与铝氧四面体和硅氧四面体生成三维空间结构，从而形成高强度地聚物材料。最主要是可避免所合成地质聚合物产生“碱骨料反应”，所合成产品抗压强度好，而且随养护时间延长，抗压强度也会随之提高，从而使所制得地质聚合物质量优；进一步的以失效磷酸基抛光液作为合成地质聚合物的激发剂，实现了废弃物再利用，不仅保护环境，而且明显降低了生产地质聚合物材料的成本；由上述实施例可知本发明易于操作，工艺流程简洁。
【权利要求】
1.一种地质聚合物的合成方法，其特征在于:取偏高岭土加入失效磷酸基抛光液混合后进行反应，反应结束后即得产品。
2.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于:所述失效磷酸基抛光液用量为偏高岭土重量的70~75%。
3.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于:所述失效磷酸基抛光液包含以下重要组分:65~75%磷酸、8~12%硫酸、2~5%硝酸。
4.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于:所述反应的反应条件为在30~80°C下反应2~6天。
5.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于:反应结束后将所得物养护28天以上。
6.根据权利要求5所述地质聚合物的合成方法，其特征在于:所述的养护为将反应结束后所得物质放入密封袋中置于室温环境中。
7.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于:所述的偏高岭土为将高岭土加热至400~900°C并保持0.5~2h，冷却后制得。
8.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于:偏高领土与失效磷酸基抛光液混合后再加入偏高岭土重量1.5~3%的水进行反应。
9.根据权利要求1所述地质聚合物的合成方法，其特征在于:偏高岭土与失效磷酸基抛光液搅拌均匀后注入模具，反`应结束后再脱模。
【文档编号】C04B7/36GK103864322SQ201410022076
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】郭昌明, 刘梦怡, 黎铉海 申请人:广西大学