【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于耐火材料，具体涉及一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料及其制备方法。
技术介绍
1、玻璃主要是釆用石英砂和纯碱作原料经过高温熔化而制成的，玻璃窑炉就是熔制玻璃的设备，玻璃窑炉种类较多。氢能玻璃窑炉是一种利用氢气作为主要燃料的高温设备，用于玻璃制造过程中的熔化、澄清和均化等工序。与传统的化石燃料(如天然气或重油)相比，氢能具有零碳排放的优势，因此在实现工业脱碳目标方面具有重要意义。氢具有高热值燃烧特性，氢气的热值约为142mj/kg，是天然气的两倍多，能够提供更高的热量输出。氢气燃烧产物主要是水蒸气，理论上不产生二氧化碳(co2)、氮氧化物(nox)和硫氧化物(sox)，有助于减少环境污染。氢气可以直接燃烧以加热窑炉内的玻璃原料，类似于传统燃料的使用方式。结合电加热技术，可以进一步提高能源利用效率和温度控制精度。氢能玻璃窑炉的优势有，对环境友好，氢燃烧不会产生co2，符合全球碳中和的目标。相比传统燃料，氢燃烧几乎不产生其他有害气体。氢气的高热值意味着更少的燃料消耗即可达到相同的加热效果。氢燃烧速度快，能够迅速提升窑炉温度，缩短加热时间。氢能窑炉可以灵活调整操作参数，适应不同种类和规模的玻璃生产需求。但是，氢燃烧产生的高温和水蒸气可能对窑炉材料造成腐蚀，需要开发耐高温、抗腐蚀的新型耐火材料。频繁的温度变化可能导致窑炉材料出现裂纹或破损，需提高材料的抗热震性能。因此，用于氢能玻璃窑炉的耐火材料需要具备优异的高温稳定性、抗热震性和抗氧化性，以适应氢燃烧产生的高温环境和可能存在的快速温度变化。氢能玻璃窑炉作为一种新兴的清洁能源技术
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术提供了一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料及其制备方法，具体制备方法如下：
2、s1、取5-12ml盐酸，用乙醇稀释至20-33ml，浸入铜箔，浸泡至溶液变黄，取出铜箔，用乙醇冲洗干净，随后浸入丙酮中超声5-11min，用乙醇冲洗，随后浸入乙醇中超声8-16min，即可获得清洗干净的铜箔；该步骤中所有溶液需要现用现配，避免再次氧化。
3、s2、称取2-3g的氢氧化钠和0.15-0.5g的硫代硫酸铵溶于12-23ml的去离子水中，浸入步骤s1处理好的铜箔，浸泡8-15min后取出冲洗干净，即可获得cu(oh)2纳米线，然后在320-410℃的马弗炉中煅烧1.5-3.1h，即可获得cuo纳米线；该步骤中在马弗炉中煅烧cu(oh)2纳米线是为了快速脱水，制备更有韧性的cuo纳米线。
4、s3、将0.61-0.83mmol的硝酸钴、0.23-0.44mmol的氯化铯、0.23-0.44mmol的高铼酸铵和0.3-0.5g的六亚甲基四胺溶于33-45ml的去离子水中，搅拌12-23min，放入步骤s2制备的cuo纳米线，浸泡12-16min，随后一同转移至反应釜中，在118-148℃下煅烧8-10h，冷却后取出长有材料的铜箔浸入乙醇中，超声剥离1h，离心干燥后，即可获得re/co/cs-ldh@cuo。该材料利用了氧化铜纳米线的一维结构，在纳米线外层包覆re、co和cs金属纳米颗粒，三种金属颗粒通过水热反应均匀附着在纳米线上，作为耐火材料的添加剂可以提高耐火材料的韧性和抗热震性，以保证耐火材料在频繁的温度变化中不会出现裂纹或破损。
5、s4、将5-7g步骤s3制备的re/co/cs-ldh@cuo、33-41g的三氧化二铝、5-8g的二氧化硅，11-13g的氧化锆、4-6g的莫来石、17-23g的碳化硅、6-8g的二氧化铈、7-11g的氧化钛、2-5g的乙二胺四乙酸和8-13g的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(p123)加入球磨罐中球磨35-45min；球磨均匀后的粉末转移至高速混合机中均匀混合，加入120-150ml的聚乙烯醇溶液、50-80ml的乙二醇和300-450ml的甲醇，继续搅拌30min形成悬浊液；然后将该悬浊液通过喷雾干燥机进行喷雾干燥，设置进风温度为135℃，出风温度为160℃，即可获得颗粒状物料；该步骤中氧化铝(al2o3)作为基体材料，提供良好的机械强度和高温稳定性；二氧化硅(sio2)增强材料的结构稳定性和抗侵蚀性能；氧化锆(zro2)提高材料的抗热震性和韧性；莫来石(3al2o3·2sio2)提供优良的高温性能和抗蠕变能力；碳化硅(sic)增加导热性和耐磨性；二氧化铈可以促进致密化并改善微观结构；p123作为两亲性结构具有良好的表面活性，可以降低液体的表面张力，具有增溶和分散作用；除此外该步骤中选用喷雾干燥法制备颗粒状物料可以控制生成的颗粒大小，形成的颗粒通常为球形或近似球形，具有良好的流动性；该步骤所用的喷雾干燥法具有快速、高效、高质量、灵活的特点，制成颗粒状物料，便于后续成型。
6、s5、将步骤s4造粒后的物料放入模具中，设定压强为100-700mpa进行压制，保压时间为15-34min，形成所需的形状；之后在约800-1000℃下进行预烧，去除有机物并初步固化；在含5％氢气的氩氢混合气中烧结2-3h，烧结温度为1600-1800℃，使材料致密化并形成稳定的晶体结构，之后以5℃min-1的速率进行冷却至室温，即可获得用于氢能玻璃窑炉的耐火材料。该步骤采用的冷等静压成型，以保证更高的密度和均匀性；模具使用橡胶或弹性塑料制成的柔性模具，确保压力能够均匀传递；控制冷却速率，避免因温度骤降引起的裂纹或变形。
7、优选地：所述步骤s2中称取2g的氢氧化钠和0.15g的硫代硫酸铵溶于12ml的去离子水中，浸入步骤s1处理好的铜箔，浸泡8min后取出冲洗干净，即可获得cu(oh)2纳米线，然后在320℃的马弗炉中煅烧1.5h，即可获得cuo纳米线。
8、优选地：所述步骤s2中称取3g的氢氧化钠和0.5g的硫代硫酸铵溶于23ml的去离子水中，浸入步骤s1处理好的铜箔，浸泡15min后取出冲洗干净，即可获得cu(oh)2纳米线，然后在410℃的马弗炉中煅烧3.1h，即可获得cuo纳米线。
9、优选地：所述步骤s3中将0.61mmol的硝酸钴、0.23mmol的氯化铯、0.23mmol的高铼酸铵和0.3g的六亚甲基四胺溶于33ml的去离子水中，搅拌12min，放入步骤s2制备的cuo纳米线，浸泡12min，随后一同转移至反应釜中，在118℃下煅烧8h，冷却后取出长有材料的铜箔浸入乙醇中，超声剥离1h，离心干燥后，即可获得re/co/cs-ldh@cuo。
10、优选地：所述步骤s3中将0.83mmol的硝酸钴、0.44mmol的氯化铯、0.44mmol的高铼酸铵和0.5g的六亚甲基四胺溶于45ml的去离子水中，搅拌23min，放入步骤s2制备的cuo纳米线，浸泡16min，随后一同转移至反应釜中，在148℃下煅烧10h，冷却后取出长有材料的铜箔浸入乙醇中，超声剥离1h，离心干燥后，即可获得re/co/cs-ldh@cuo。
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【技术保护点】
1.一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：具体制备步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤S2中称取2g的氢氧化钠和0.15g的硫代硫酸铵溶于12mL的去离子水中，浸入步骤S1处理好的铜箔，浸泡8min后取出冲洗干净，即可获得Cu(OH)2纳米线，然后在320℃的马弗炉中煅烧1.5h，即可获得CuO纳米线。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤S2中称取3g的氢氧化钠和0.5g的硫代硫酸铵溶于23mL的去离子水中，浸入步骤S1处理好的铜箔，浸泡15min后取出冲洗干净，即可获得Cu(OH)2纳米线，然后在410℃的马弗炉中煅烧3.1h，即可获得CuO纳米线。
4.根据权利要求1所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤S3中将0.61mmol的硝酸钴、0.23mmol的氯化铯、0.23mmol的高铼酸铵和0.3g的六亚甲基四胺溶于33mL的去离子水中，搅拌12min，放入步骤S2制备的CuO纳米线，浸泡12min，随后一同转移至反应
5.根据权利要求1或4所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤S3中将0.83mmol的硝酸钴、0.44mmol的氯化铯、0.44mmol的高铼酸铵和0.5g的六亚甲基四胺溶于45mL的去离子水中，搅拌23min，放入步骤S2制备的CuO纳米线，浸泡16min，随后一同转移至反应釜中，在148℃下煅烧10h，冷却后取出长有材料的铜箔浸入乙醇中，超声剥离1h，离心干燥后，即可获得Re/Co/Cs-LDH@CuO。
6.根据权利要求1所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤S4中将5g步骤S3制备的Re/Co/Cs-LDH@CuO、33g的三氧化二铝、5g的二氧化硅，11g的氧化锆、4g的莫来石、17g的碳化硅、6g的二氧化铈、7g的氧化钛、2g的乙二胺四乙酸和8g的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷加入球磨罐中球磨35min；球磨均匀后的粉末转移至高速混合机中均匀混合，加入120mL的聚乙烯醇溶液、50mL的乙二醇和300mL的甲醇，继续搅拌30min形成悬浊液；然后将该悬浊液通过喷雾干燥机进行喷雾干燥，设置进风温度为135℃，出风温度为160℃，即可获得颗粒状物料。
7.根据权利要求1或6所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤S4中将7g步骤S3制备的Re/Co/Cs-LDH@CuO、41g的三氧化二铝、8g的二氧化硅，13g的氧化锆、6g的莫来石、23g的碳化硅、8g的二氧化铈、11g的氧化钛、5g的乙二胺四乙酸和13g的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷加入球磨罐中球磨45min；球磨均匀后的粉末转移至高速混合机中均匀混合，加入150mL的聚乙烯醇溶液、80mL的乙二醇和450mL的甲醇，继续搅拌30min形成悬浊液；然后将该悬浊液通过喷雾干燥机进行喷雾干燥，设置进风温度为135℃，出风温度为160℃，即可获得颗粒状物料。
8.根据权利要求1所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤S5中将步骤S4造粒后的物料放入模具中，设定压强为100MPa进行压制，保压时间为15min，形成所需的形状；之后在约800℃下进行预烧，去除有机物并初步固化；在含5％氢气的氩氢混合气中烧结2h，烧结温度为1600℃，使材料致密化并形成稳定的晶体结构，之后以5℃min-1的速率进行冷却至室温，即可获得用于氢能玻璃窑炉的耐火材料。
9.根据权利要求1所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤S5中将步骤S4造粒后的物料放入模具中，设定压强为700MPa进行压制，保压时间为34min，形成所需的形状；之后在约1000℃下进行预烧，去除有机物并初步固化；在含5％氢气的氩氢混合气中烧结3h，烧结温度为1800℃，使材料致密化并形成稳定的晶体结构，之后以5℃min-1的速率进行冷却至室温，即可获得用于氢能玻璃窑炉的耐火材料。
10.权利要求1-9任一项制备的用于氢能玻璃窑炉的耐火材料。
...【技术特征摘要】
1.一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：具体制备步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤s2中称取2g的氢氧化钠和0.15g的硫代硫酸铵溶于12ml的去离子水中，浸入步骤s1处理好的铜箔，浸泡8min后取出冲洗干净，即可获得cu(oh)2纳米线，然后在320℃的马弗炉中煅烧1.5h，即可获得cuo纳米线。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤s2中称取3g的氢氧化钠和0.5g的硫代硫酸铵溶于23ml的去离子水中，浸入步骤s1处理好的铜箔，浸泡15min后取出冲洗干净，即可获得cu(oh)2纳米线，然后在410℃的马弗炉中煅烧3.1h，即可获得cuo纳米线。
4.根据权利要求1所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤s3中将0.61mmol的硝酸钴、0.23mmol的氯化铯、0.23mmol的高铼酸铵和0.3g的六亚甲基四胺溶于33ml的去离子水中，搅拌12min，放入步骤s2制备的cuo纳米线，浸泡12min，随后一同转移至反应釜中，在118℃下煅烧8h，冷却后取出长有材料的铜箔浸入乙醇中，超声剥离1h，离心干燥后，即可获得re/co/cs-ldh@cuo。
5.根据权利要求1或4所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤s3中将0.83mmol的硝酸钴、0.44mmol的氯化铯、0.44mmol的高铼酸铵和0.5g的六亚甲基四胺溶于45ml的去离子水中，搅拌23min，放入步骤s2制备的cuo纳米线，浸泡16min，随后一同转移至反应釜中，在148℃下煅烧10h，冷却后取出长有材料的铜箔浸入乙醇中，超声剥离1h，离心干燥后，即可获得re/co/cs-ldh@cuo。
6.根据权利要求1所述的一种用于氢能玻璃窑炉的耐火材料，其特征在于：所述步骤s4中将5g步骤s3制备的re/co/cs-ldh@cuo、33g的三氧化二铝、5g的二氧化硅，11g的氧化锆、4g的莫来石、17g的碳化硅、6g的二氧化铈、7g的氧化钛、2g的乙二...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈福，续芯如，夏韦美，陈兆民，宋为刚，刘硕芳，
申请(专利权)人：秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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