黃姜皂素廢渣制備木陶瓷的研究.pdf

1、黃姜為盾葉薯禎的根莖，是我國特有的用于生產(chǎn)薯預皂素最主要的藥源植物。皂素工業(yè)是近年來在黃姜人工種植開發(fā)成功的基礎上發(fā)展起來的一個新興行業(yè)，黃姜生產(chǎn)皂素過程中產(chǎn)生的殘渣是黃姜提取皂素后的殘余物，生產(chǎn)1t皂素約產(chǎn)生10t的殘渣，這些未處理的殘渣不僅破壞了土壤的生態(tài)平衡，帶來了水污染和粉塵污染，威脅著人們賴以生存的環(huán)境。黃姜提取皂素后的殘渣的主要成分為木質(zhì)素和纖維素，是制備木陶瓷的優(yōu)質(zhì)原料。對黃姜皂素纖維渣的綜合利用及治理，具有良好的經(jīng)濟效益

2、和社會效益。 木陶瓷作為一種新型環(huán)境材料，其優(yōu)異的導電性、耐磨性、耐腐蝕性、高強度、低密度、多孔和電磁屏蔽性等特性，使得它在許多工業(yè)領域具有巨大的應用潛力。但是，當前在木陶瓷研究領域存在的原料昂貴、結構各向異性等問題一直懸而未決，阻礙了木陶瓷的發(fā)展和應用領域的拓展。本文在詳細分析國內(nèi)外木陶瓷的研究現(xiàn)狀后，針對目前木陶瓷制備過程中存在原料和酚醛樹脂浸漬木材的不均勻性及產(chǎn)品的各向異性等問題，提出了一種制備木陶瓷的新方法，即以黃姜皂素

3、廢渣為原料制備木陶瓷。研究了以皂素廢渣為原料，經(jīng)低溫炭化后，加入酚醛樹脂作粘結劑，充分混合后固化并熱壓成型，然后在氮氣保護下進行炭化制備木陶瓷的方法。本論文詳細考察了炭化溫度、酚醛樹脂含量對木陶瓷性能和結構的影響，對原料進行了熱重分析后，并結合X射線衍射和掃描電鏡對木陶瓷的結構進行了研究。 制備條件對木陶瓷性能有很大的影響。隨炭化溫度的升高，試樣的失重率、體積收縮率都是增加的，表觀密度表現(xiàn)為先減小后增加，而體積電阻率下降了7個數(shù)

4、量級，抗彎強度則在一開始增加很快，炭化溫度為1373K后增加速度變緩；隨著酚醛樹脂含量的增加，試樣的失重率和體積收縮率都有明顯的下降，表觀密度和抗彎強度有明顯的增加，體積電阻率減小。 實驗中采用熱重分析對皂素廢渣、酚醛樹脂和皂素廢渣炭/酚醛樹脂復合材料的熱分解過程進行了研究。通過考察不同升溫速率下皂素廢渣和酚醛樹脂的熱分解過程，確定了制備木陶瓷時皂素廢渣的炭化溫度，并對皂素廢渣炭/酚醛樹脂復合材料的熱分解過程進行了詳細的研究，同

5、時也確定了木陶瓷制備過程中的最終反應溫度。 通過X射線衍射表征了不同條件下木陶瓷的結構，結果發(fā)現(xiàn)以皂素廢渣和酚醛樹脂為原料制備的木陶瓷是一種非晶態(tài)炭材料，炭化溫度的升高木陶瓷中石墨微晶的含量增加且微晶中層與層之間的排列更趨于規(guī)整；酚醛樹脂含量的增加同樣使樣品中石墨微晶增加，其原因是相對于皂素廢渣得到的無定形炭來說，酚醛樹脂在高溫下其結構更易于有序化，從而在木陶瓷中形成了更有序的玻璃炭。 對木陶瓷微觀結構進行掃描電子顯微鏡

6、觀察后發(fā)現(xiàn)，由皂素廢渣生成的無定形炭和酚醛樹脂生成的玻璃炭所組成的木陶瓷是一種多孔復合炭材料；并且木陶瓷的孔結構由于在成型過程中受到擠壓而變形，因此木陶瓷的孔結構并非與碳化后的皂素廢渣結構一致；此外由于樣品在熱解過程中產(chǎn)生了大量揮發(fā)物，如H2O、CO2和碳氫化合物小分子等，這些氣體小分子在釋放過程中會在樣品里形成大量的孔隙，正是這些孔隙的存在，才使得木陶瓷的表觀密度比較小。 本論文以皂素廢渣為原料制備木陶瓷，這不僅回收利用了資源