本發(fā)明涉及一種秸稈覆蠟法制備光催化多孔透水磚的裝置及方法，屬于復(fù)合材料成形技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

人類工業(yè)化進(jìn)程的不斷進(jìn)步為我們帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，大量工業(yè)廢水在未經(jīng)處理或處理不徹底時(shí)便排入河流、湖泊和海洋等，工業(yè)廢水具有污染種類多、成分復(fù)雜、可生化性差等特點(diǎn)，尤其我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，不及時(shí)處理大量排出的工業(yè)廢水將時(shí)刻威脅著生態(tài)環(huán)境，阻礙著經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展。近些年一些新型的工藝逐漸應(yīng)用于污水處理中，如膜萃取法、超聲波降解法、光催化氧化法等，其中光催化技術(shù)是一種新興高效節(jié)能現(xiàn)代綠色環(huán)保技術(shù)，指在催化劑的作用下，利用光輻射將污染物分解為無(wú)毒或毒性較低的物質(zhì)的過程。但是在光催化材料的應(yīng)用研究中，延長(zhǎng)動(dòng)水與光催化材料的接觸時(shí)間是人們研究的重點(diǎn)之一。

但納米晶TiO₂的負(fù)載基體的選擇與制備一直是阻礙TiO₂光催化方法推廣使用的瓶頸。由于TiO₂光催化膜進(jìn)行降解反應(yīng)的前提是需要將周圍介質(zhì)中的污染物分子進(jìn)行大量的捕獲，這就需要光催化膜與污水具有較大的接觸面積，其前提是負(fù)載基體材料具有較高的比表面積，因此基體多采用多孔型材料，如硅膠、沸石、玻璃纖維、多孔陶瓷等。但上述基體材料在工程應(yīng)用中普遍具有成本高、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，只適合于小型凈化裝置或處理模塊中使用，不適合在水利環(huán)保工程中大規(guī)模的使用。因此目前亟需一種可制備具有孔洞分布均勻、比表面積大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、生產(chǎn)成本低的透水基體材料的方法及裝置，并在此基礎(chǔ)上制備出負(fù)載了納米晶TiO₂光催化膜的多孔透水磚。

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，在很多地區(qū)均有豐富的秸稈資源，主要從燃料、肥料、飼料、建筑基材等方面再利用。而由于秸稈再利用的成本問題，使得大量的秸稈不能夠很好的回收，便造成大量秸稈的焚燒，不僅浪費(fèi)了資源，同時(shí)也對(duì)大氣造成了嚴(yán)重污染，直接威脅著人類的健康；而造成的霧霾天氣也影響著公路交通以及人們出行安全。

目前人們?cè)诮斩捹Y源的再利用方面做出了大量的努力，使得秸稈在很多領(lǐng)域都重新獲得了利用價(jià)值，然而利用秸稈資源和光催化技術(shù)的綜合利用仍然很少。采用秸稈制備光催化材料的基體材料，不但能降低秸稈處理不當(dāng)而造成的二次污染，而且還能形成一種新型的環(huán)保材料，這將對(duì)我國(guó)環(huán)境治理水平與資源循環(huán)利用具有積極的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種秸稈覆蠟法制備光催化多孔透水磚的裝置及方法，所制備的光催化多孔透水磚具有孔洞分布均勻、形態(tài)規(guī)則、貫通性好、比表面積大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于大規(guī)模生產(chǎn)光催化多孔透水磚材料。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種秸稈覆蠟法制備光催化多孔透水磚的裝置，其特征在于：包括熔蠟裝置、輸蠟裝置、送料裝置、成形模具、微震臺(tái)裝置,其中所述熔蠟裝置中的儲(chǔ)蠟槽20與輸蠟裝置中的漿料泵19相接，輸蠟裝置中的輸蠟管1與送料裝置中的多個(gè)出蠟噴嘴3連接；成形模具9底部與微震臺(tái)裝置連接。

秸稈覆蠟法制備光催化多孔透水磚的方法，包括如下工藝步驟：

（1）將株徑為1cm~3cm的秸稈去除側(cè)葉后截?cái)喑砷L(zhǎng)度為6cm~10cm的小段；

（2）將滴點(diǎn)為65℃~68℃的石蠟放置于儲(chǔ)蠟槽中熔化，槽內(nèi)溫度保持100℃；

（3）將水泥、河砂、水玻璃（模數(shù)為3.0，波美度為30）、短切玻璃纖維絲（長(zhǎng)度為5cm）、水泥發(fā)泡劑和水按80: 50: 120: 1: 5: 100的質(zhì)量比投入攪拌機(jī)中攪拌均勻，并裝入漿料罐中備用；

（4）將秸稈段平行放置于送料床上，開啟漿料泵和振動(dòng)送料器，同時(shí)開啟冷風(fēng)口吹冷風(fēng)，并開啟熱風(fēng)罩向下噴出溫度為100℃的熱空氣，秸稈段在送料床上滾動(dòng)前行并多道次包裹石蠟，達(dá)到送料床末端位置時(shí)其蠟層厚度為8~12mm；

（5）覆蠟秸稈段在后端熱風(fēng)作用下表層熔化，落入成形模具中隨機(jī)搭接并交聯(lián)成為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，覆蠟秸稈段堆積高度達(dá)到成形模具設(shè)定高度后停止送料，開啟漿料罐底部閥門將混合漿料灌入成形模具中，灌漿高度低于秸稈堆積高度1~2cm；

（6）開啟振動(dòng)電機(jī)1~2min，使混合漿料均勻填充入覆蠟秸稈縫隙中；

（7）靜置12小時(shí)后將磚塊從成形模具中取出，在自然狀態(tài)下干燥5~7天；

（8）將磚塊放入馬弗爐中，在100℃保溫30min，使其覆蠟層熔化并流出，緩慢升溫至400℃保溫5小時(shí)，使磚塊內(nèi)秸稈完全碳化燒損，然后隨爐冷卻至常溫，即可獲得多孔透水磚；

（9）將所制備的多孔透水磚完全浸漬于光催化鍍液（成分體積比為：鈦酸乙酯：乙醇：水：二乙醇胺：乙酸=1:4.5:2:0.6:0.03），并在鍍液中進(jìn)行反復(fù)提拉5分鐘，取出干燥2小時(shí)；反復(fù)此操作3~4次，即可獲得負(fù)載了納米晶TiO₂光催化膜的多孔透水磚。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1）采用水泥、砂作為成形基材，水玻璃作為粘結(jié)劑，玻璃纖維作為基體增強(qiáng)材料，所制備的多孔透水磚具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，適用于各類水環(huán)境治理工程領(lǐng)域；

2）采用秸稈作為造孔填料，通過選擇不同株徑秸稈和調(diào)整秸稈截?cái)嚅L(zhǎng)度，可控制秸稈堆積交聯(lián)的體積率，從而可制備具有不同孔徑和孔隙率的多孔透水磚，同時(shí)也為秸稈循環(huán)再利用提供了一種方法；

3）采用在秸稈段表面覆蠟的方法使得秸稈段可相互交聯(lián)成為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而在磚塊內(nèi)部形成100%的貫通孔結(jié)構(gòu)，提高了多孔磚的透水率和有效過水面積，同時(shí)磚塊內(nèi)孔連通路徑復(fù)雜，水力停留時(shí)間長(zhǎng)，有效的提高了污水與TiO₂納米光催化膜的接觸面積與反應(yīng)時(shí)間，提高了水質(zhì)凈化效果；

4）混合漿料中添加有水泥發(fā)泡劑，可在秸稈形成的孔洞內(nèi)表面形成大量微小的二次氣孔，不但增大了透水磚的比表面積，而且還提高了TiO₂納米光催化膜的附著強(qiáng)度，有效的提高其水質(zhì)凈化效率，延長(zhǎng)其維護(hù)周期；

5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適宜進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

附圖說明

附圖1是秸稈覆蠟法制備光催化多孔透水磚的裝置的主視圖。

附圖2是圖1的A-A視圖。

附圖3是出蠟噴嘴示意圖。

附圖4是送料床示意圖。

圖中的1是輸蠟管、2是秸稈段、3是出蠟噴嘴、4是冷風(fēng)口、5是送料床、6是覆蠟秸稈段、7是熱風(fēng)罩、8是漿料罐、9是成形模具、10是混合漿料、11是振動(dòng)臺(tái)、12是支撐彈簧、13是底板、14是振動(dòng)電機(jī)、15是排蠟管、16是加熱板、17是中溫石蠟、18是地基、19是漿料泵、20是儲(chǔ)蠟槽、21是振動(dòng)送料器、22是邊框、23是襯網(wǎng)。

具體實(shí)施方式

如附圖所示，一種秸稈覆蠟法制備光催化多孔透水磚的裝置，其特征在于：包括熔蠟裝置、輸蠟裝置、送料裝置、成形模具、微震臺(tái)裝置,其中所述熔蠟裝置中的儲(chǔ)蠟槽20與輸蠟裝置中的漿料泵19相接，輸蠟裝置中的輸蠟管1與送料裝置中的多個(gè)出蠟噴嘴3連接；成形模具9底部與微震臺(tái)裝置連接。

所述熔蠟裝置包括儲(chǔ)蠟槽20和加熱板16，其中儲(chǔ)蠟槽20放置于加熱板16上，儲(chǔ)蠟槽20下部還設(shè)置有排蠟管15；所述儲(chǔ)蠟槽20為一上部開口的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其上邊緣設(shè)有法蘭邊，下部還設(shè)置有排蠟管15。

所述輸蠟裝置包括漿料泵19、輸蠟管1、出蠟噴嘴3，其中漿料泵19與儲(chǔ)蠟槽20底部連通，出蠟噴嘴3為一中空契形結(jié)構(gòu)，多個(gè)出蠟噴嘴3上端連接輸蠟管1，出蠟噴嘴3下端為縫狀出蠟口，縫寬4mm。

所述送料裝置包括振動(dòng)送料器21和送料床5，兩個(gè)振動(dòng)送料器對(duì)稱固定于儲(chǔ)蠟槽20上部法蘭上，送料床5兩側(cè)邊框22分別與振動(dòng)送料器21連接，送料床5中部為襯網(wǎng)23，襯網(wǎng)23采用密度為10目的不銹鋼網(wǎng)，送料床5前段、中段均為水平，后段向下傾斜，

送料床5上方間隔固定出蠟噴嘴3和冷風(fēng)口4，排列間距為10~15cm，熱風(fēng)罩7固定于送料床5后端上方。

所述冷風(fēng)口4為長(zhǎng)方形出風(fēng)口，與鼓風(fēng)機(jī)連接，出蠟噴嘴3和冷風(fēng)口4底部與送料床5表面間距為10cm。

所述熱風(fēng)罩7為長(zhǎng)方形出風(fēng)口，與熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)連接，固定于送料床5后端上方，熱風(fēng)罩吹出熱風(fēng)溫度為100℃。

所述成形模具9為長(zhǎng)方體上開口罐體，成形模具9上方設(shè)置漿料罐8，底部與微震臺(tái)裝置連接。

所述微震臺(tái)裝置包括振動(dòng)臺(tái)11、支撐彈簧12、振動(dòng)電機(jī)14和底板13，振動(dòng)臺(tái)11通過多根支撐彈簧12固定于底板13上，振動(dòng)臺(tái)11下方與振動(dòng)電機(jī)14連接。

所述振動(dòng)臺(tái)11為正方形不銹鋼板，厚度為25mm，通過下部連接的16根支撐彈簧12保持其水平，下部中心還安裝有振動(dòng)電機(jī)14；

振動(dòng)電機(jī)14采用可調(diào)速型偏心轉(zhuǎn)子式交流振動(dòng)電機(jī)，額定功率400W，轉(zhuǎn)速為2860轉(zhuǎn)/分鐘。

熱風(fēng)罩7為長(zhǎng)方形出風(fēng)口，與熱風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)連接，固定于送料床5后端上方，熱風(fēng)罩吹出熱風(fēng)溫度為100℃，用于快速熔化覆蠟秸稈段6表層石蠟，使其能在成形模具9堆積并相互交聯(lián)。

一種秸稈覆蠟法制備光催化多孔透水磚的方法，包括如下工藝步驟：

（1）將株徑為1cm~3cm的秸稈去除側(cè)葉后截?cái)喑砷L(zhǎng)度為6cm~10cm的小段；

（2）將滴點(diǎn)為65℃~68℃的石蠟放置于儲(chǔ)蠟槽20中熔化，槽內(nèi)溫度保持100℃；

（3）將水泥、河砂、水玻璃（模數(shù)為3.0，波美度為30）、短切玻璃纖維絲（長(zhǎng)度為5cm）、水泥發(fā)泡劑和水按80: 50: 120: 1: 5: 100的質(zhì)量比投入攪拌機(jī)中攪拌均勻，并裝入漿料罐8中備用；

（4）將秸稈段3平行放置于送料床5上，開啟漿料泵19和振動(dòng)送料器21，同時(shí)開啟冷風(fēng)口4吹冷風(fēng)，并開啟熱風(fēng)罩7向下噴出溫度為100℃的熱空氣，秸稈段2在送料床上滾動(dòng)前行并多道次包裹石蠟，達(dá)到送料床末端位置時(shí)其蠟層厚度為8~12mm；

（5）覆蠟秸稈段6在后端熱風(fēng)作用下表層熔化，掉入成形模具9中隨機(jī)搭接并交聯(lián)成為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，覆蠟秸稈段6堆積高度達(dá)到成形模具9設(shè)定高度后停止送料，開啟漿料罐8底部閥門將混合漿料10灌入成形模具9中，灌漿高度低于秸稈堆積高度1~2cm；

（6）開啟振動(dòng)電機(jī)14運(yùn)行1~2min，使混合漿料10均勻填充入覆蠟秸稈縫隙中；

（7）靜置12小時(shí)后將磚塊從成形模具9中取出，在自然狀態(tài)下干燥5~7天；

（8）將磚塊放入馬弗爐中，在100℃保溫30min，使其覆蠟層熔化并流出，緩慢升溫至400℃保溫5小時(shí)，使磚塊內(nèi)秸稈完全碳化燒損，然后隨爐冷卻至常溫，即可獲得多孔透水磚；

（9）將所制備的多孔透水磚完全浸漬于光催化鍍液（成分體積比為：鈦酸乙酯：乙醇：水：二乙醇胺：乙酸=1:4.5:2:0.6:0.03），并在鍍液中進(jìn)行反復(fù)提拉5分鐘，取出干燥2小時(shí)；反復(fù)此操作3~4次，即可獲得負(fù)載了納米晶TiO₂光催化膜的多孔透水磚。

實(shí)施例

將玉米秸稈（株徑1.8cm~2.6cm）作為秸稈原料，采用425號(hào)硅酸鹽水泥作和建筑用河砂作為基體材料制作生態(tài)秸稈磚，應(yīng)用于太湖地區(qū)某生態(tài)護(hù)坡工程。多孔透水磚的制造和工程應(yīng)用過程如下：（1）將秸稈去除側(cè)葉后截?cái)喑砷L(zhǎng)度為8cm的小段；（2）將滴點(diǎn)為65℃~68℃的石蠟放置于儲(chǔ)蠟槽20中熔化，槽內(nèi)溫度保持100℃；（3）將水泥、河砂、水玻璃（模數(shù)為3.0，波美度為30）、短切玻璃纖維絲（長(zhǎng)度為5cm）、水泥發(fā)泡劑和水按80: 50: 120: 1: 5: 100的質(zhì)量比投入攪拌機(jī)中攪拌均勻，并裝入漿料罐8中備用；（4）將秸稈段3平行放置于送料床5上，開啟漿料泵19和振動(dòng)送料器21，同時(shí)開啟冷風(fēng)口4吹冷風(fēng)，并開啟熱風(fēng)罩7向下噴出溫度為100℃的熱空氣，秸稈段2在送料床上滾動(dòng)前行并多道次包裹石蠟，達(dá)到送料床末端位置時(shí)其蠟層平均厚度為10mm；（5）覆蠟秸稈段6在后端熱風(fēng)作用下表層熔化，掉入成形模具9中隨機(jī)搭接并交聯(lián)成為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，覆蠟秸稈段6堆積高度達(dá)到22cm時(shí)止送料，開啟漿料罐8底部閥門將混合漿料10灌入成形模具9中，灌漿高度低于秸稈堆積高度1~2cm；（4）開啟振動(dòng)電機(jī)14運(yùn)行1~2min，使混合漿料10均勻填充入覆蠟秸稈縫隙中；（5）靜置12小時(shí)后將磚塊從成形模具9中取出，在自然狀態(tài)下干燥5~7天；（6）將磚塊放入馬弗爐中，在100℃保溫30min，使其覆蠟層熔化并流出，緩慢升溫至400℃保溫5小時(shí)，使磚塊內(nèi)秸稈完全碳化燒損，然后隨爐冷卻至常溫，即可獲得多孔透水磚。（7）將所制備的多孔透水磚完全浸漬于光催化鍍液（成分體積比為：鈦酸乙酯：乙醇：水：二乙醇胺：乙酸=1:4.5:2:0.6:0.03），并在鍍液中進(jìn)行反復(fù)提拉5分鐘，取出干燥2小時(shí)；反復(fù)此操作3~4次，即可獲得負(fù)載了納米晶TiO₂光催化膜的多孔透水磚。所制備的多孔磚的孔隙率為83%，平均孔徑為2.3cm，比表面積為45.3cm^-1，在實(shí)際使用中表現(xiàn)出了良好的透水性，護(hù)坡建成3個(gè)月后，水體的質(zhì)量也得到了明顯的改善。