本發明涉及精細化工、環境友好材料領域，具體涉及一種復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法及其應用。
背景技術：
：我國作為陶瓷生產的大國，陶瓷產量已連續幾年位居世界第一，其中日用陶瓷產量占全球產量的70％左右，陳設藝術陶瓷產量占全球產量的65％，建筑陶瓷產量也占全球總產量的50％左右。但由于我國是一個能源和資源相對貧乏的國家，而陶瓷行業是一個高度依賴能源、資源的產業，每年需要消耗優質的礦物原料1億噸以上，能源耗用折合成標準煤大概需要3000萬噸以上；陶瓷行業作為一個高能耗的行業，從料漿的制備到制品的燒成，每個工序消耗的電力、燃料等能源的成本占整個陶瓷生產成本的23％～40％，因此，節能降耗將是陶瓷生產的大勢所趨，也是陶瓷工業可持續發展的重要條件，在陶瓷生產中，為滿足各工藝要求常需要加入不同的添加劑，雖然用量不大，但卻起著重要的作用，添加劑添加量的多少也影響到成品的外觀和物理性能。另外，隨著我國社會經濟的發展、城市化進程的加快，我國的城市垃圾數量增長異常迅速，而在眾多的城市生活垃圾處理過程中，大量的垃圾露天堆放或填埋不僅占用大量土地，而且易對土壤、地下水、大氣造成極大的二次污染，成為嚴重的環境問題，由于垃圾在進行好氧發酵過程中會產生豐富的腐殖酸，而腐植酸是一種無定形的有機高分子化合物，將其進行改性，使其具有較大的空間網狀結構，可以作為陶瓷添加劑來極大的提高陶瓷顆粒之間的結合作用，增加陶瓷強度，因此，將垃圾滲濾液進行改性后應用于陶瓷添加劑生產領域對改善我國的能源利用環境和能源循環利用具有重要意義。然而，目前我國陶瓷添加劑的生產中還存在制備工藝復雜、反應時間長、能量耗用大、污染嚴重的問題，并且所生產出來的陶瓷添加劑功能較為單一，在應用過程中往往需要與其他陶瓷添加劑進行配合使用，提高了生產成本。技術實現要素：為了解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種使陶瓷具有良好分散性、可以提高陶瓷生坯強度、生產應用可靠、條件溫和、反應時間短、速率快、生產成本低的復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法及其應用。為了實現上述的技術目的，本發明的技術方案為：一種復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法，以垃圾滲濾液濃縮液為原料，加入淀粉后，依次通過堿化、磺化和季銨化反應制得陶瓷添加劑。進一步，其具體包括以下步驟：(1)將垃圾滲濾液濃縮液和淀粉進行超聲波均相混合后，加入催化劑，并將體系溫度調節至65～95℃，pH值調節至9～12，再進行持續攪拌反應2～6h；(2)往上述反應完成后的溶液中依次加入苯甲酸、苯酚、醛類化合物、磺化劑和水，并將體系溫度調節至70～100℃，反應1.5～9h；(3)往步驟(2)反應完成后的溶液中加入pH調節劑，將溶液pH至調節至9～12，再將溶液溫度調節至70～100℃后，加入季銨化試劑進行反應3～6h，反應完成后將溶液冷卻，再加入到噴霧干燥設備中進行干燥噴霧，即可制得黑色松散的粉末狀陶瓷添加劑。進一步，所述各步驟的添加組分及質量分數如下：進一步，所述的垃圾滲濾液濃縮液為垃圾滲濾液原液通過生化膜濃縮處理后的濃縮液，所述的垃圾滲濾液濃縮液的固含量為10％～45％。進一步，所述的淀粉為工業玉米淀粉、工業土豆淀粉、工業小麥淀粉、工業木薯淀粉中的至少一種混合而成。進一步，所述的pH調節劑為氫氧化鈉、碳酸鉀、碳酸鈉、檸檬酸鈉、檸檬酸鉀、碳酸氫三鈉、檸檬酸一鈉、檸檬酸、乳酸、酒石酸、蘋果酸、偏酒石酸、硫酸中的至少一種混合而成。進一步，所述的催化劑為硫酸鋅、硝酸鋅、硫酸銅、硝酸銅、硝酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、硫酸鎳中的至少一種混合而成。進一步，所述的醛類化合物為甲醛、乙醛、戊二醛、丙烯醛、三聚甲醛、多聚甲醛中的至少一種混合而成。進一步，所述的磺化劑為過硫酸銨、亞硫酸氫銨、氨基磺酸、硫酸、亞硫酸鈉中的至少一種混合而成。進一步，所述的季銨化試劑為1-氯-2羥丙基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十八烷基二甲基羥乙基硝酸銨、硫酸氫四丁基銨、四丁基溴化銨中的至少一種混合而成。進一步，所述的噴霧干燥設備的進口溫度為140～350℃，出口溫度為70～95℃，經噴霧后的干粉回收率大于95％。采用上述的技術方案，本發明的有益效果為：通過采用濃縮后的垃圾滲濾液與淀粉在超聲波催化下混合，再通過采用堿化、磺化、季銨化反應和通過噴霧干燥制得黑色松散的粉末狀陶瓷添加劑，不僅過程簡單可控，并且有利于工業化生產，通過對垃圾滲濾液濃縮液和淀粉混合后進行堿化和磺化反應反應，可提高有效分子結構的活性，進一步的季銨化反應能夠有效的控制了產品的分子量，使制得的陶瓷添加劑在具有良好的分散性能的同時，還可以大幅度的提高陶瓷生坯強度，并且本發明制得的陶瓷添加劑具有分散、減水、助磨、黏結以及消泡等多種功能，還可以延伸作為染料分散劑、混凝土減水劑、鉆井液降粘劑等，不僅使得廢棄物處理的副產物得到了資源化的有效利用，還可以緩解不可再生能源的危機，實現垃圾處理過程中的副產物的實際應用價值和社會價值。具體實施方式一種復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法，以垃圾滲濾液濃縮液為原料，加入淀粉后，依次通過堿化、磺化和季銨化反應制得陶瓷添加劑。進一步，其具體包括以下步驟：(1)將垃圾滲濾液濃縮液和淀粉進行超聲波均相混合后，加入催化劑，并將體系溫度調節至65～95℃，pH值調節至9～12，再進行持續攪拌反應2～6h；(2)往上述反應完成后的溶液中依次加入苯甲酸、苯酚、醛類化合物、磺化劑和水，并將體系溫度調節至70～100℃，反應1.5～9h；(3)往步驟(2)反應完成后的溶液中加入pH調節劑，將溶液pH至調節至9～12，再將溶液溫度調節至70～100℃后，加入季銨化試劑進行反應3～6h，反應完成后將溶液冷卻，再加入到噴霧干燥設備中進行干燥噴霧，即可制得黑色松散的粉末狀陶瓷添加劑。進一步，所述各步驟的添加組分及質量分數如下：進一步，所述的垃圾滲濾液濃縮液為垃圾滲濾液原液通過生化膜濃縮處理后的濃縮液，所述的垃圾滲濾液濃縮液的固含量為10％～45％。進一步，所述的淀粉為工業玉米淀粉、工業土豆淀粉、工業小麥淀粉、工業木薯淀粉中的至少一種混合而成。進一步，所述的pH調節劑為氫氧化鈉、碳酸鉀、碳酸鈉、檸檬酸鈉、檸檬酸鉀、碳酸氫三鈉、檸檬酸一鈉、檸檬酸、乳酸、酒石酸、蘋果酸、偏酒石酸、硫酸中的至少一種混合而成。進一步，所述的催化劑為硫酸鋅、硝酸鋅、硫酸銅、硝酸銅、硝酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、硫酸鎳中的至少一種混合而成。進一步，所述的醛類化合物為甲醛、乙醛、戊二醛、丙烯醛、三聚甲醛、多聚甲醛中的至少一種混合而成。進一步，所述的磺化劑為過硫酸銨、亞硫酸氫銨、氨基磺酸、硫酸、亞硫酸鈉中的至少一種混合而成。進一步，所述的季銨化試劑為1-氯-2羥丙基三甲基氯化銨、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十八烷基二甲基羥乙基硝酸銨、硫酸氫四丁基銨、四丁基溴化銨中的至少一種混合而成。進一步，所述的噴霧干燥設備的進口溫度為140～350℃，出口溫度為70～95℃，經噴霧后的干粉回收率大于95％。實施例1一種復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法，其包括以下步驟：(1)將350Kg固含量為20％的垃圾滲濾液濃縮液和150Kg工業玉米淀粉進行超聲波均相混合后，將其加入到反應器中，并加入1.5Kg以硝酸鐵、硝酸銅與硫酸亞鐵銨按8∶1∶1的質量比混合而成的催化劑，并將體系溫度調節至70℃，pH值調節至10，進行持續攪拌反應4h；(2)往上述反應完成后的溶液中依次加入12Kg苯甲酸、25Kg苯酚、50Kg以戊二醛和多聚甲醛按質量比1∶1混合而成的醛類化合物、54.4Kg以硫酸銨和亞硫酸氫銨按1∶2的質量比混合而成的磺化劑和230.3Kg水，并將體系溫度調節至100℃，反應6h；(3)往步驟(2)反應完成后的溶液中加入26.8Kg以氫氧化鈉和碳酸鈉按6∶1的質量比混合而成的pH調節劑，將溶液pH至調節至10，再將溶液溫度調節至75℃后，加入100Kg1-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨進行反應3h，反應完成后將溶液冷卻，再加入到設備溫度為140℃，出口溫度為70℃的噴霧干燥設備中進行干燥噴霧，即可制得黑色松散的粉末狀陶瓷添加劑，其中噴霧干燥后的干粉回收率為95.4％。實施例2一種復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法，其包括以下步驟：(1)將402Kg固含量為22％的垃圾滲濾液濃縮液和150Kg工業土豆淀粉進行超聲波均相混合后，將其加入到反應器中，并加入0.9Kg以硫酸鎳、硝酸鐵與硫酸亞鐵按8∶2∶1的質量比混合而成的催化劑，并將體系溫度調節至80℃，pH值調節至9，進行持續攪拌反應2h；(2)往上述反應完成后的溶液中依次加入14Kg苯甲酸、30Kg苯酚、49Kg以甲醛、戊二醛和多聚甲醛按質量比1∶1∶1混合而成的醛類化合物、54.4Kg以亞硫酸銨和亞硫酸氫銨按3∶2質量比混合而成的磺化劑和134.7Kg水，并將體系溫度調節至95℃，反應3.5h；(3)往步驟(2)反應完成后的溶液中加入35Kg以碳酸鈉檸檬酸鈉、氫氧化鈉和碳酸鈉按6∶1∶1的質量比混合而成的pH調節劑，將溶液pH至調節至10，再將溶液溫度調節至100℃后，加入130Kg以十二烷基二甲基芐基氯化銨和1-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨的混合物進行反應4h，反應完成后將溶液冷卻，再加入到設備溫度為200℃，出口溫度為80℃的噴霧干燥設備中進行干燥噴霧，即可制得黑色松散的粉末狀陶瓷添加劑，其中噴霧干燥后的干粉回收率為95.0％。實施例3一種復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法，其包括以下步驟：(1)將409Kg固含量為18％的垃圾滲濾液濃縮液和200Kg以工業玉米淀粉和工業土豆淀粉按1∶1的質量比混合成的淀粉混合物進行超聲波均相混合后，將其加入到反應器中，并加入0.85Kg以硝酸鋅、硫酸鎳、硝酸鐵與硫酸亞鐵按8∶1∶1∶1的質量比混合而成的催化劑，并將體系溫度調節至95℃，pH值調節至9.5，進行持續攪拌反應6h；(2)往上述反應完成后的溶液中依次加入16Kg苯甲酸、32Kg苯酚、46Kg以甲醛、乙醛按質量比1∶1混合而成的醛類化合物、58Kg以亞硫酸銨和亞硫酸氫銨按1∶1的質量比混合而成的磺化劑和53.15Kg水，并將體系溫度調節至85℃，反應1.5h；(3)往步驟(2)反應完成后的溶液中加入45Kg以碳酸鉀、氫氧化鈉和碳酸鈉按6∶1∶1的質量比混合而成的pH調節劑，將溶液pH至調節至10，再將溶液溫度調節至70℃后，加入140Kg以十二烷基二甲基芐基氯化銨和十二烷基二甲基羥乙基硝酸銨的混合物進行反應5h，反應完成后將溶液冷卻，再加入到設備溫度為350℃，出口溫度為95℃的噴霧干燥設備中進行干燥噴霧，即可制得黑色松散的粉末狀陶瓷添加劑，其中噴霧干燥后的干粉回收率為97.1％。實施例4一種復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法，其包括以下步驟：(1)將460Kg固含量為26％的垃圾滲濾液濃縮液和180Kg以工業玉米淀粉和工業小麥淀粉按1∶1的質量比混合成的淀粉混合物進行超聲波均相混合后，將其加入到反應器中，并加入1Kg以硝酸鋅、硫酸鎳、硝酸鐵與硝酸銅按8∶1∶1∶1的質量比混合而成的催化劑，并將體系溫度調節至80℃，pH值調節至12，進行持續攪拌反應5h；(2)往上述反應完成后的溶液中依次加入12Kg苯甲酸、28Kg苯酚、58Kg以甲醛和丙烯酸按質量比1∶1混合而成的醛類化合物、53Kg以過硫酸銨和亞硫酸氫銨按1∶1的質量比混合而成的磺化劑和23Kg水，并將體系溫度調節至90℃，反應7h；(3)往步驟(2)反應完成后的溶液中加入45Kg以碳酸氫三鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉和碳酸鈉按3∶1∶1∶1的質量比混合而成的pH調節劑，將溶液pH至調節至11，再將溶液溫度調節至75℃后，加入140Kg以硫酸氫四丁基銨和十二烷基二甲基羥乙基硝酸銨的混合物進行反應6h，反應完成后將溶液冷卻，再加入到設備溫度為300℃，出口溫度為85℃的噴霧干燥設備中進行干燥噴霧，即可制得黑色松散的粉末狀陶瓷添加劑，其中噴霧干燥后的干粉回收率為98.3％。實施例5一種復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法，其包括以下步驟：(1)將480Kg固含量為10％的垃圾滲濾液濃縮液和200Kg以工業土豆淀粉和工業小麥淀粉按1∶1的質量比混合成的淀粉混合物進行超聲波均相混合后，將其加入到反應器中，并加入0.75Kg以硫酸鋅、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨與硝酸銅按8∶1∶1∶1的質量比混合而成的催化劑，并將體系溫度調節至65℃，pH值調節至10，進行持續攪拌反應4h；(2)往上述反應完成后的溶液中依次加入10Kg苯甲酸、24Kg苯酚、50Kg以乙醛和三聚甲醛按質量比1∶1混合而成的醛類化合物、46Kg以過硫酸銨和氨基磺酸按1∶1的質量比混合而成的磺化劑和34.25Kg水，并將體系溫度調節至100℃，反應8h；(3)往步驟(2)反應完成后的溶液中加入55Kg以碳酸鈉檸檬酸鈉、檸檬酸鉀、碳酸鈉按3∶1∶1∶1的質量比混合而成的pH調節劑，將溶液pH至調節至12，再將溶液溫度調節至90℃后，加入100Kg以四丁基溴化銨和十二烷基二甲基羥乙基硝酸銨的混合物進行反應5h，反應完成后將溶液冷卻，再加入到設備溫度為256℃，出口溫度為83℃的噴霧干燥設備中進行干燥噴霧，即可制得黑色松散的粉末狀陶瓷添加劑，其中噴霧干燥后的干粉回收率為96.3％。實施例6一種復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法，其包括以下步驟：(1)將385Kg固含量為31％的垃圾滲濾液濃縮液和170Kg以工業木薯淀粉和工業小麥淀粉按1∶1的質量比混合成的淀粉混合物進行超聲波均相混合后，將其加入到反應器中，并加入0.65Kg以硫酸鎳、硫酸亞鐵、硝酸亞鐵銨與硝酸銅按8∶1∶1∶1的質量比混合而成的催化劑，并將體系溫度調節至85℃，pH值調節至11，進行持續攪拌反應5h；(2)往上述反應完成后的溶液中依次加入13Kg苯甲酸、21Kg苯酚、50Kg以乙醛和多聚甲醛按質量比1∶1混合而成的醛類化合物、49Kg以過硫酸銨和亞硫酸鈉按1∶1的質量比混合而成的磺化劑和150.35Kg水，并將體系溫度調節至90℃，反應5h；(3)往步驟(2)反應完成后的溶液中加入51Kg以氫氧化鈉、碳酸鈉檸檬酸鈉和碳酸鈉按3∶1∶1的質量比混合而成的pH調節劑，將溶液pH至調節至11，再將溶液溫度調節至75℃后，加入110Kg以四丁基溴化銨和1-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨的混合物進行反應6h，反應完成后將溶液冷卻，再加入到設備溫度為180℃，出口溫度為75℃的噴霧干燥設備中進行干燥噴霧，即可制得黑色松散的粉末狀陶瓷添加劑，其中噴霧干燥后的干粉回收率為95.8％。實施例7一種復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法，其包括以下步驟：(1)將315Kg固含量為23％的垃圾滲濾液濃縮液和220Kg以工業木薯淀粉和工業玉米淀粉按1∶1的質量比混合成的淀粉混合物進行超聲波均相混合后，將其加入到反應器中，并加入1.4Kg以硫酸鎳、硫酸鐵按1∶1的質量比混合而成的催化劑，并將體系溫度調節至65℃，pH值調節至10.5，進行持續攪拌反應5h；(2)往上述反應完成后的溶液中依次加入19Kg苯甲酸、28Kg苯酚、61Kg以戊二醛和三聚甲醛按質量比1∶1混合而成的醛類化合物、65Kg以濃硫酸和亞硫酸鈉按1∶1的質量比混合而成的磺化劑和60.6Kg水，并將體系溫度調節至70℃，反應9h；(3)往步驟(2)反應完成后的溶液中加入65Kg以氫氧化鈉、碳酸鈉按3∶1的質量比混合而成的pH調節劑，將溶液pH至調節至9，再將溶液溫度調節至85℃后，加入165Kg以1-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨和十二烷基二甲基羥乙基硝酸銨的混合物進行反應5h，反應完成后將溶液冷卻，再加入到設備溫度為210℃，出口溫度為86℃的噴霧干燥設備中進行干燥噴霧，即可制得黑色松散的粉末狀陶瓷添加劑，其中噴霧干燥后的干粉回收率為96.5％。實施例8一種復合生物質基改性制備陶瓷添加劑的方法，其包括以下步驟：(1)將550Kg固含量為45％的垃圾滲濾液濃縮液和150Kg以工業土豆淀粉和工業玉米淀粉按1∶1的質量比混合成的淀粉混合物進行超聲波均相混合后，將其加入到反應器中，并加入1.1Kg以硫酸亞鐵、硫酸鐵按1∶1的質量比混合而成的催化劑，并將體系溫度調節至85℃，pH值調節至9.5，進行持續攪拌反應5h；(2)往上述反應完成后的溶液中依次加入23Kg苯甲酸、21Kg苯酚、50Kg以丙烯醛和多聚甲醛按質量比1∶1混合而成的醛類化合物、40Kg以濃硫酸和過硫酸銨按1∶1的質量比混合而成的磺化劑和29.9Kg水，并將體系溫度調節至70℃，反應6h；(3)往步驟(2)反應完成后的溶液中加入75Kg以氫氧化鈉、碳酸氫鈉按2∶1的質量比混合而成的pH調節劑，將溶液pH至調節至10，再將溶液溫度調節至90℃后，加入60Kg十二烷基二甲基羥乙基硝酸銨進行反應6h，反應完成后將溶液冷卻，再加入到設備溫度為320℃，出口溫度為92℃的噴霧干燥設備中進行干燥噴霧，即可制得黑色松散的粉末狀陶瓷添加劑，其中噴霧干燥后的干粉回收率為97.8％。性能測試將實施例1～8制得的陶瓷添加劑與目前市場上常用的添加劑(三聚磷酸鈉與水玻璃按質量比5∶2混合)進行對比，將其加入如下表所示配方的陶瓷配料中使用：漳州粘土45％高嶺土30％蒙脫石15％石英粉10％將制得的對比樣品和實施例1～8進行應用制得的樣品進行性能測試對比，所得結果如下：注：1.陶瓷醬料的流出時間使用涂-4杯測定，用流出100毫升漿料所用時間來表示；2.生坯抗折強度測試參照國際GBT3810.4-2006第4部分：斷裂模數和破壞強度的測定。以上所述為本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，根據本發明的教導，在不脫離本發明的原理和精神的情況下凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化、修改、替換和變型，皆應屬本發明的涵蓋范圍。當前第1頁1 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