专利摘要

本发明公开了一种利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，它是将粒径为10μm～100μm的富含石英和白云石的低品位凹凸棒石黏土矿粉与占其质量1～4%的有机粘结剂、0.2～10%的造孔剂、0.5～3%的润滑剂和12～25%的水均匀混合后进行混料、捏合、练泥、陈腐制成泥料，再将泥料挤制成生坯，将生坯在空气气氛中以1～5℃/min升温至300～500℃，保温0.5～3小时，继续升温至700～1000℃，焙烧1～6小时，得到凹凸棒石黏土多孔支撑体。本发明制备得凹凸棒石黏土多孔支撑体原料来源广泛、价格低廉，烧结温度较低，可有效降低支撑体生产成本，同时实现低品位凹凸棒石黏土的高值化利用。

权利要求

1.一种利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第1步，将含有石英和白云石的低品位凹凸棒石黏土矿粉与有机粘结剂、造孔剂、润滑剂、水混合；

第2步，第1步得到的混合料再依次经过捏合、练泥、陈腐制成泥料，将泥料挤制成生坯；

第3步，将生坯在空气气氛进行焙烧，得到凹凸棒石黏土多孔支撑体。

2.根据权利要求1所述的利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，其特征在于，所述的含有石英和白云石的低品位凹凸棒石黏土矿粉的平均粒径范围是10～50μm。

3.根据权利要求1所述的利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，其特征在于，所述的含有石英和白云石的低品位凹凸棒石黏土矿粉中的凹凸棒石含量低于20wt%，其中的杂矿为石英、蛋白石、蒙脱石、白云石、方解石中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，其特征在于，所述的有机粘结剂的加入量是凹凸棒石黏土矿粉重量的1～%；所述的造孔剂的加入量是凹凸棒石黏土矿粉重量的0.2～10%；所述的润滑剂的加入量是凹凸棒石黏土矿粉重量的0.5～3%；所述的水的加入量是凹凸棒石黏土矿粉重量的12～25%。

5.根据权利要求1所述的利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，其特征在于，所述的有机粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、淀粉、纤维素中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，其特征在于，所述的造孔剂选自碳粉、淀粉、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，其特征在于，所述的润滑剂为液体石蜡。

8.根据权利要求1所述的利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，其特征在于，所述的第1步中，还加入有植物油，植物油的加入量是凹凸棒石黏土矿粉重量的0.5～1%；所述的植物油选自桐油、大豆油、菜籽油中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，其特征在于，焙烧的温度控制程序是：生坯在空气气氛中以1～5℃/min升温至300～500℃，保温0.5～3小时，继续升温至700～1000℃，焙烧1～6小时。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，属于天然非金属矿深加工、综合利用和陶瓷膜制备领域。

背景技术

凹凸棒石黏土是一种以凹凸棒石为主要成分的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，具有纳米棒状晶体形貌和丰富的纳米孔道。其单晶体直径为20～70nm，长度0.5-5μm，具有较大的比表面积，是一种价格低廉的天然黏土矿物。

我国凹凸棒石黏土资源丰富，但总体而言产品附加值较低，资源利用率不高，严重制约了产业的发展。多数天然凹凸棒石黏土矿纯度不高，常伴有石英砂、白云石、方解石、蛋白石等杂矿，这些杂矿严重制约凹凸棒石黏土高端产品的开发；为了实现低品位凹凸棒石黏士的高端应用，常对凹凸棒石黏土矿进行复杂提纯处理，或以除去石英砂或蛋白石，或通过酸化处理除去白云石和方解石，以提高纯度和使用性能。提纯处理在一定程度上可以降低杂矿含量，提高凹凸棒石的纯度，改善使用性能。然而，提纯的工艺复杂、成本高、耗水耗能，活化剂还会引起环境污染。此外，现有技术不能对低品位凹凸棒石黏土中杂矿进行高效综合利用，因此多数低品位矿被作为尾矿处理，造成了资源的严重浪费。专利CN104383873A公开了一种利用低品位凹凸棒石黏土制备复合吸附剂的方法，将富含石英和白云石的低品位凹凸棒石黏土矿粉与可溶性硅酸盐和金属盐或含金属离子的溶液混合，通过一步反应将石英杂质、白云石转变为具有强吸附洁性的无定形硅酸盐制备复合吸附剂，解决利用低品位矿或尾矿制备高效吸附剂的技术瓶颈，进一步拓展凹凸棒石的应用领域。然而该转化过程需要使用大量的化学试剂及洗涤水，会引起环境污染。

无机陶瓷膜是一种重要的无机膜，由于其制备原料丰富、耐高温、耐腐蚀性能优异，因此占据了较大的无机膜市场份额。但是陶瓷膜相对于有机膜的制造成本较高，其应用受到了一定的限制。通常陶瓷膜的制备分为两步，一是支撑体的制备，二是分离层的制备。首先制备具有较大孔径的支撑体，再通过溶胶-凝胶法、化学气相沉积法等方法在支撑体表面涂层，形成具有两层或两层以上的不对称结构的陶瓷膜。目前使用的多孔支撑体主要是由氧化铝等陶瓷粉体、钛等金属粉体经高温烧结而得，烧结温度高，能耗大。

发明内容

本发明的目的是：提供一种以低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体方法，利用来源广泛、价格低廉的凹凸棒石黏土以及较低的烧结温度，效降低支撑体生产成本，同时实现低品位凹凸棒石黏土的高值化利用。

一种利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法，包括如下步骤：

第1步，将含有石英和白云石的低品位凹凸棒石黏土矿粉与有机粘结剂、造孔剂、润滑剂、水混合；

第2步，第1步得到的混合料再依次经过捏合、练泥、陈腐制成泥料，将泥料挤制成生坯；

第3步，将生坯在空气气氛进行焙烧，得到凹凸棒石黏土多孔支撑体。

所述的含有石英和白云石的低品位凹凸棒石黏土矿粉的平均粒径范围是10～50μm。

所述的含有石英和白云石的低品位凹凸棒石黏土矿粉中的凹凸棒石含量低于20wt%，其中的杂矿为石英、蛋白石、蒙脱石、白云石、方解石中的一种或几种。

所述的有机粘结剂的加入量是凹凸棒石黏土矿粉重量的1～%；所述的造孔剂的加入量是凹凸棒石黏土矿粉重量的0.2～10%；所述的润滑剂的加入量是凹凸棒石黏土矿粉重量的0.5～3%；所述的水的加入量是凹凸棒石黏土矿粉重量的12～25%。

所述的有机粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、淀粉、纤维素中的一种或多种。

所述的造孔剂选自碳粉、淀粉、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。

所述的润滑剂为液体石蜡。

所述的第1步中，还加入有植物油，植物油的加入量是凹凸棒石黏土矿粉重量的0.5～1%；所述的植物油选自桐油、大豆油、菜籽油中的一种或多种。

焙烧的温度控制程序是：生坯在空气气氛中以1～5℃/min升温至300～500℃，保温0.5～3小时，继续升温至700～1000℃，焙烧1～6小时。

有益效果

利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体，粉体来源广泛、烧结温度低，可有效降低多孔支撑体的成本，这对膜分离发展有着重要的现实意义。

1.与人工合成的氧化铝、碳化硅、金属钛材料相比，天然凹凸棒石黏土在我国储量巨大，价格低廉，且开发利用过程能耗极低，没有环境方面的负效应，其性价比明显优于人工合成粉体材料，显著降低多孔支撑体的制备成本。

2. 采用碳化硅、金属钛等材料制备支撑体时需要在惰性或还原气氛下进行，生产成本高；而且氧化铝、碳化硅等材料制备支撑体时烧结温度均高于1600℃，而低品位凹凸棒石黏土制备支撑体烧结温度不高于1000℃，且不需要特殊气氛保护，可以大幅降低多孔支撑体的生产成本。

3.本发明所述工艺，不仅有助于实现低品位凹凸棒石黏土矿或尾矿的高值化利用，而且还为陶瓷膜领域提供了性价比高的多孔支撑体，有利于进一步降低陶瓷膜的生产成本，拓展其应用领域。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

以范围形式表达的值应当以灵活的方式理解为不仅包括明确列举出的作为范围限值的数值，而且还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子区间，犹如每个数值和子区间被明确列举出。例如，“大约0.1%至约5%”的浓度范围应当理解为不仅包括明确列举出的约0.1%至约5%的浓度，还包括有所指范围内的单个浓度（如，1%、2%、3%和4%）和子区间（例如，0.1%至0.5%、1%至2.2%、3.3%至4.4%）。本发明中所述的百分比在无特别说明的情况下，是指重量百分比。

在本说明书中所述及到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施方式”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本申请所要保护的范围内。

凹凸棒石（Attapulgite）简称凹土又名坡缕石（Palygouskite）、坡缕镐石，是一种含水富镁铝硅酸盐矿物,在矿物学分类上隶属于海泡石族，其主要成分为凹凸棒石，凹凸棒石的理想化学式为：[Si₈Mg₅O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O]，是具有独特纤维状或棒状晶体结构的天然廉价硅酸盐矿物，直径在20～100nm，长度约0.5～5μm，属于典型的一维纳米纤维。我国凹土储量巨大，仅江苏省淮安市盱眙县已探明凹土矿资源储量为1.03亿吨，占全国已探明凹土储量的73%，占全世界已探明凹土储量的44%，远景储量达11.7亿吨。纳米凹凸棒石的制备成本低，适合大批量生产，开发利用过程能耗低，没有环境方面的负效应，是一种低成本、高性能的制膜材料。

本发明中所采用的凹凸棒石原料为品位较低的天然凹凸棒石黏土矿，其中凹凸棒石的纯度不高，低于20%，主要杂矿为石英、蛋白石、蒙脱石、白云石、方解石中的一种或几种。

将品位较低的天然凹凸棒石黏土矿制备为陶瓷支撑体时，还需要加入占其质量1～4% 的有机粘结剂、0.2～10%的造孔剂、0.5～3%的润滑剂和12～25%的水，均匀混合后，再经过捏合、练泥、陈腐制成泥料，再将泥料挤制成生坯，将生坯在空气气氛中以1～5℃/min升温至300～500℃，保温0.5～3小时，继续升温至700～1000℃，焙烧1～6小时，得到凹凸棒石黏土多孔支撑体。也可以对低品位凹凸棒石进行预先热处理，可以凹凸棒石与杂矿之间的融合，提高支撑体强度。

这里所用的有机粘结剂可以选用聚乙烯醇、聚乙二醇、淀粉、纤维素中的一种或多种，可以提高泥料的黏合性，使压成坯体时可以保持一定形状；造孔剂可以选用选自碳粉、淀粉、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，可以使在坯体焙烧之后形成较好的多孔结构；润滑剂可以采用液体石蜡，可以保证在压制坯体和混合时，泥料具有较好的挤出、可塑性。另外，也可以在混合物料时加入少量植物油，以控制凹凸棒石与其它杂矿之间的融合性，可以提高焙烧之后支撑体的强度。

以下实施例中所采用的低品位凹凸棒石黏土矿中含有约18%凹凸棒石、32%石英、12%蒙脱石、14%白云石、16%方解石，余量为其它杂矿。

实施例1

将平均粒径为10μm低品位凹凸棒石黏土粉体5Kg、0.15Kg甲基纤维素、0.3Kg聚甲基丙烯酸甲酯、1Kg水、0.05Kg液体石蜡混合均匀；经过混料、捏合、练泥成塑性泥料；将泥料通过模具挤出成型得生坯；将生坯干燥，在空气气氛中以1℃/min升温至400℃，保温1小时，继续升温至700℃，焙烧3小时，随炉冷却，得到凹凸棒石黏土多孔支撑体，该支撑体壁厚5mm，孔隙率为35%、平均孔径为1.8μm、抗折强度68.65Mpa、纯水通量8674L·m^-2·h·bar^-1。

实施例2

将平均粒径为20μm低品位凹凸棒石黏土粉体5Kg、0.05Kg聚乙烯醇、0.45Kg碳粉、1.2Kg水、0.15Kg液体石蜡混合均匀；经过混料、捏合、练泥成塑性泥料；将泥料通过模具挤出成型得生坯；将生坯干燥，在空气气氛中以3℃/min升温至400℃，保温2小时，继续升温至800℃，焙烧3小时，随炉冷却，得到凹凸棒石黏土多孔支撑体，该支撑体壁厚5mm，孔隙率为33%、平均孔径为3.3μm、抗折强度74.11Mpa、纯水通量9828L·m^-2·h·bar^-1。

实施例3

将平均粒径为50μm低品位凹凸棒石黏土粉体5Kg、0.10Kg聚乙二醇、0.45Kg淀粉、1.2Kg水、0.15Kg液体石蜡混合均匀；经过混料、捏合、练泥成塑性泥料；将泥料通过模具挤出成型得生坯；将生坯干燥，在空气气氛中以5℃/min升温至460℃，保温3小时，继续升温至1000℃，焙烧2小时，随炉冷却，得到凹凸棒石黏土多孔支撑体，该支撑体壁厚5mm，孔隙率为33%、平均孔径为8.9μm、抗折强度86.67Mpa、纯水通量7764L·m^-2·h·bar^-1。

实施例4

将平均粒径为10μm低品位凹凸棒石黏土粉体5Kg、0.15Kg甲基纤维素、0.3Kg聚甲基丙烯酸甲酯、1Kg水、0.05Kg液体石蜡、0.05Kg桐油混合均匀；经过混料、捏合、练泥成塑性泥料；将泥料通过模具挤出成型得生坯；将生坯干燥，在空气气氛中以1℃/min升温至400℃，保温1小时，继续升温至700℃，焙烧3小时，随炉冷却，得到凹凸棒石黏土多孔支撑体，该支撑体壁厚5mm，孔隙率为37%、平均孔径为2.3μm、抗折强度76.25Mpa、纯水通量8992L·m^-2·h·bar^-1。

实施例5

将平均粒径为10μm低品位凹凸棒石黏土粉体5Kg先预升温至220℃保温2h，再与0.15Kg甲基纤维素、0.3Kg聚甲基丙烯酸甲酯、1Kg水、0.05Kg液体石蜡混合均匀；经过混料、捏合、练泥成塑性泥料；将泥料通过模具挤出成型得生坯；将生坯干燥，在空气气氛中以1℃/min升温至400℃，保温1小时，继续升温至700℃，焙烧3小时，随炉冷却，得到凹凸棒石黏土多孔支撑体，该支撑体壁厚5mm，孔隙率为36%、平均孔径为2.7μm、抗折强度73.67Mpa、纯水通量9122L·m^-2·h·bar^-1。

一种利用低品位凹凸棒石黏土制备多孔支撑体的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。