一种改性脱氮铝灰及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种改性脱氮铝灰及其制备方法和应用，属于无机非金属材料技术领域。本发明专利技术提供的改性脱氮铝灰，包括核芯和包覆在所述核芯表面的壳层，所述核芯为抗氧剂处理的脱氮铝灰，所述壳层从内到外依次包括硅烷偶联剂改性层、钛酸酯偶联剂‑铝酸酯偶联剂改性层、稀土偶联剂改性层和润滑剂改性层。硅烷偶联剂中的硅氧键与脱氮铝灰表面的羰基形成氢键结构，配合钛酸酯偶联剂‑铝酸酯偶联剂改性层、稀土偶联剂改性层、润滑剂改性层，增加了抗氧剂处理的脱氮铝灰的导热系数，使其在熔融共混过程中的导热速率提高、导热均匀性和活性增加，且本发明专利技术提供的改性脱氮铝灰粒径分布均匀、比表面积大、不易团聚、活性高。

【技术实现步骤摘要】
一种改性脱氮铝灰及其制备方法和应用
本专利技术涉及无机非金属材料
，具体涉及一种改性脱氮铝灰及其制备方法和应用。
技术介绍
铝灰是铝电解、铝冶金、铝加工和再生铝生产等过程中产生的含铝废渣。铝灰中主要成分为金属铝、铝的氧化物、氮化物、可溶性金属盐以及氟化物等，其中的氮化物在堆存过程中会与雨水反应，缓慢产生氨气，造成空气污染，且铝灰中含有的氟化物和可溶性金属盐等物质随雨水渗入土壤中，会对土壤和地下水造成严重污染，铝灰被列入《国家危险废弃物名录》，属于有色金属冶炼废物(HW48)，需按照危废相关要求处置。据不完全统计，每生产一吨电解铝会形成30～50kg铝灰，我国每年产生铝灰超过300万吨，加上多年来堆存和掩埋的铝灰，铝灰总量已超过千万吨，这些铝灰如不妥善处理，不仅浪费了资源，而且还污染环境。为了提高铝灰的利用率和解决铝灰带来的环境污染问题，国内外开始研究和探索铝灰综合利用工艺。将铝灰水解脱氮和除盐后，经压滤、烘干、煅烧和粉碎制得的粉体称为脱氮铝灰，脱氮铝灰化学成分复杂，主要成分是氧化铝，脱氮铝灰热稳定性好，且不会造成环境污染，可作为工业原料。然而现有的脱氮铝灰存在不易分散和导热系数低等问题，其附加价值低，限制了其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改性脱氮铝灰及其制备方法和应用。本专利技术提供的改性脱氮化学稳定性好、热导率高、分散性良好且粒度分布均匀；本专利技术提供的制备方法，操作简单，适宜工业化生产。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种改性脱氮铝灰，包括核芯和包覆在所述核芯表面的壳层，所述核芯为抗氧剂处理的脱氮铝灰，所述壳层从内到外依次包括硅烷偶联剂改性层、钛酸酯偶联剂-铝酸酯偶联剂改性层、稀土偶联剂改性层和润滑剂改性层。优选的，所述抗氧剂处理的脱氮铝灰的平均粒度为0.3～10μm，含水率＜2％。所述硅烷偶联剂改性层的覆盖量为0.3～3.0mg/m2；所述钛酸酯偶联剂-铝酸酯偶联剂改性层的覆盖量为0.3～3.0mg/m2；所述稀土偶联剂改性层的覆盖量为0.1～1.5mg/m2；所述润滑剂改性层的覆盖量为0.1～0.5mg/m2。本专利技术提供了上述技术方案所述改性脱氮铝灰的制备方法，包括以下步骤：将脱氮铝灰破碎后与抗氧剂混合，干燥后得到抗氧剂处理的脱氮铝灰；将所述抗氧剂处理的脱氮铝灰和硅烷偶联剂混合，进行接枝反应，得到第一表面改性粉体；将所述第一表面改性粉体、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂混合，进行第一自组装改性，得到第二表面改性粉体；将所述第二表面改性粉体和稀土偶联剂混合，进行第二自组装改性，得到第三表面改性粉体；将所述第三表面改性粉体和润滑剂混合，进行润滑改性处理，得到改性脱氮铝灰。优选的，所述分散剂包括六偏磷酸钠和聚乙二醇；所述增塑剂为极性增塑剂；所述抗氧剂为耐水解型抗氧剂。优选的，所述抗氧剂处理的脱氮铝灰和硅烷偶联剂的质量比为(98～99.5)：(0.5～1)；所述接枝反应的温度为80～150℃，时间为5～30min。优选的，所述第一表面改性粉体、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂的质量比为(96～99)：(0.5～2)：(0.5～2)；所述第一自组装改性的温度为110～120℃，时间为5～30min。优选的，所述第二表面改性粉体和稀土偶联剂的质量比为(97.5～99.5)：(0.5～2.5)；所述第二自组装改性的温度为80～100℃，时间为5～15min。优选的，所述第三表面改性粉体和润滑剂的质量比为(98～99.5)：(0.5～2)；所述润滑改性处理的温度为80～90℃，时间为5～15min。本专利技术还提供了上述技术方案所述的改性脱氮铝灰或上述技术方案所述制备方法制备的改性脱氮铝灰在制备高分子复合材料中的应用。本专利技术提供了一种改性脱氮铝灰，包括核芯和包覆在所述核芯表面的壳层，所述核芯为抗氧剂处理的脱氮铝灰，所述壳层从内到外依次包括硅烷偶联剂改性层、钛酸酯偶联剂-铝酸酯偶联剂改性层、稀土偶联剂改性层和润滑剂改性层。本专利技术提供的改性抗氧剂处理的脱氮铝灰内部及表面空隙度大，呈现层状堆叠的蓬松多孔结构，具有介孔效应、羟基效应、纳米效应和较强的羟基持有能力，且密度小、质软，具有高比表面积、低磨耗值、弱负电荷强度以及较高的吸油吸水性等特性。硅烷偶联剂改性层中，硅烷偶联剂含有的硅氧键与脱氮铝灰表面的羰基形成氢键结构，在其外表面快速形成烯烃链分子结构，增加抗氧剂处理的脱氮铝灰外表面的分子链长度，为钛酸酯偶联剂-铝酸酯偶联剂改性层与硅烷偶联剂改性层结合提供基础；钛酸酯偶联剂-铝酸酯偶联剂改性层、稀土偶联剂改性层、润滑剂改性层的三层结构增加了抗氧剂处理的脱氮铝灰的导热系数，使其应用于高分子材料
时，在与高分子材料熔融共混过程中的热导率提高、导热均匀性增加，其中，稀土偶联剂改性层对脱氮铝灰具有较强的偶联作用，稀土偶联剂可在抗氧剂处理的脱氮铝灰表面形成较牢固的物理和化学配位，增加了改性脱氮铝灰的活性。本专利技术提供的改性脱氮铝灰具有“核-壳”结构，即以抗氧剂处理的脱氮铝灰为核，以四层改性层为壳，形成的改性脱氮铝灰粒径分布均匀，具有容重低、比表面积大、不易团聚、分散性良好、化学稳定性好、热导率和活性高的优点。如实施例结果所示，本专利技术提供的改性脱氮铝灰的孔隙率为0.8～1.5cm3/g，摩擦系数为0.15～0.18W/(m·k)，导热系数为6.1～7.1W/m·K，导电率为8.2～9.2μS/cm，比表面积为520～538m2/g，活化指数为92～98％。本专利技术提供的制备方法工艺简单，对设备要求低，无需特殊设备，操作控制方便，易于工业化生产。附图说明图1为改性脱氮铝灰的“核-壳”结构示意图；图2为本专利技术制备改性脱氮铝灰的工艺流程图；图3为实施例1所用脱氮铝灰原料的扫描电镜图；图4为实施例1所用脱氮铝灰原料的透射电镜图；图5为实施例1制备的改性脱氮铝灰的红外光谱图；图6为实施例2所用脱氮铝灰原料的扫描电镜图；图7为实施例2制备的改性脱氮铝灰的透射电镜图；图8为实施例2制备的改性脱氮铝灰的粒径分布图；图9为实施例3制备的改性脱氮铝灰的扫描电镜图；图10为实施例3制备的改性脱氮铝灰的透射电镜图。具体实施方式本专利技术提供了一种改性脱氮铝灰，包括核芯和包覆在所述核芯表面的壳层，所述核芯为抗氧剂处理的脱氮铝灰，所述壳层从内到外依次包括硅烷偶联剂改性层、钛酸酯偶联剂-铝酸酯偶联剂改性层、稀土偶联剂改性层和润滑剂改性层，所述改性脱氮铝灰的显微结构示意图如图1所示，其中(1)为硅烷偶联剂改性层，(2)为钛酸酯偶联剂-铝酸酯偶联剂改性层，(3)为稀土偶联剂改性层，(4)为润滑剂改性层。在本专利技术中，所述脱氮铝灰在经破碎、加抗氧剂干燥后，粉体的显微结构为层状。在本专利技术中，所述抗氧剂处理的脱氮铝灰的平均粒度优选为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性脱氮铝灰，其特征在于，包括核芯和包覆在所述核芯表面的壳层，所述核芯为抗氧剂处理的脱氮铝灰，所述壳层从内到外依次包括硅烷偶联剂改性层、钛酸酯偶联剂-铝酸酯偶联剂改性层、稀土偶联剂改性层和润滑剂改性层。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性脱氮铝灰，其特征在于，包括核芯和包覆在所述核芯表面的壳层，所述核芯为抗氧剂处理的脱氮铝灰，所述壳层从内到外依次包括硅烷偶联剂改性层、钛酸酯偶联剂-铝酸酯偶联剂改性层、稀土偶联剂改性层和润滑剂改性层。


2.根据权利要求1所述的改性脱氮铝灰，其特征在于，所述抗氧剂处理的脱氮铝灰的平均粒度为0.3～10μm，含水率＜2％。


3.根据权利要求1所述的改性脱氮铝灰，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性层的覆盖量为0.3～3.0mg/m2；
所述钛酸酯偶联剂-铝酸酯偶联剂改性层的覆盖量为0.3～3.0mg/m2；
所述稀土偶联剂改性层的覆盖量为0.1～1.5mg/m2；
所述润滑剂改性层的覆盖量为0.1～0.5mg/m2。


4.权利要求1～3任一项所述改性脱氮铝灰的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将脱氮铝灰破碎后与抗氧剂混合，干燥后得到抗氧剂处理的脱氮铝灰；
将所述抗氧剂处理的脱氮铝灰和硅烷偶联剂混合，进行接枝反应，得到第一表面改性粉体；
将所述第一表面改性粉体、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂混合，进行第一自组装改性，得到第二表面改性粉体；
将所述第二表面改性粉体和稀土偶联剂混合，进行第二自组装改性，得到第三表面改性粉体；
将所述第三表面改性粉体和润滑剂混合，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻亮，康晓安，何福明，刘国庆，郝双双，姜艳丽，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西;45