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创新绿色Bio-Filler和Bio-Flux从蛋壳碳酸钙软硬瓷准备

*通信:

Tangboriboon N,工程学院材料工程系Kasetsart大学,10900年曼谷,泰国,电话:+ 66 2 579 0113;电子邮件: (电子邮件保护)

文摘

碳酸钙(碳酸钙粉准备从原始coturnix鸟类蛋壳作为bio-ceramic材料。嵌入原始鸟类蛋壳粉瓷产品可以增加物理,热,机械性能。原始鸟类蛋壳的主要成分是碳酸钙或方解石超过97.44% wt氧化和其他化合物。碳酸钙反应与石英(二氧化硅)和氧化铝(氧化铝)通过注浆成型法瓷土过程在室温下。瓷器被解雇时,阶段可以改变钙长石和钙长石(CaAl2Si2O8)。钙长石是长石组成的一种,可以降低烧成温度称为烧结援助。然而,过度的蛋壳添加到瓷器和发射在非常高的烧成温度,燃烧时间长影响裂纹和脆弱的样本。在这项研究中,0、5、10、15日,20%的原始鸟类蛋壳粉添加卷,混合着瓷滑包含硅酸钠作为分散剂,防止粒子聚集,并解雇了600°、700°、800°、900°C, 1, 3, 5 h在每个点火温度。最好的瓷器产品样本编码10-5-900。这意味着10%的原始鸟类蛋壳添加卷,浸泡时间5 h,烧成温度在900°C。 The XRD phase transformation, true density, thermal expansion coefficient, and mechanical properties are reported here.

关键字

碳酸钙(CaCO₃);原始鸟类蛋壳;陶瓷产品;Bio-filler;Bio-flux;形成阶段;生物材料;可再生资源

介绍

目前,绿色产业和环境意识逐渐感到担忧。可持续发展和生态效益主要是每个国家的多数(1- - - - - -4]。大多数研究者关注使用生物材料,环保材料,无毒材料,和回收材料即生物废弃物,bio-fibers、工业废物,可生物降解材料作为起始物料做研究(1- - - - - -4]。

鸡蛋是最完整的食物,因为它们含有蛋白质、脂类和碳水化合物,这对于一个良好的饮食习惯至关重要。它们还含有维生素和矿物质元素的发展是必要的年轻人和老年人。鸡蛋和它的导数是重要的原材料之一的食物,药物,面包店,和化妆品行业如制造面包,蛋糕,饼干,冰淇淋,食品添加剂。母鸡蛋壳为产品质量提供了大约11%的总重量(65 g - 70 g /蛋)。鸭蛋壳质量提供了大约12.78%的总重量(65 g - 71 g /蛋)。Coturnix鹌鹑蛋壳质量提供了大约11.04%的总重量(10.18 g 13 g /蛋)。各种各样的蛋壳的主要成分由wt碳酸钙(CaCO 97%以上₃),1% wt碳酸镁(MgCO₃),1% wt磷酸钙(品柱₄),2% wt其他有机物。Coturnix鹌鹑蛋壳颜色从白色到蓝色和绿色,包括布朗和红褐色5- - - - - -8]。Coturnix鹌鹑蛋壳重量和厚度随着年龄的增加,并在29日达到顶峰^th周时代,随后逐渐减少在蛋壳重量,直到结束的奠定时期(9]。蛋壳比例倾向于增加铺设时期的末期。目的本研究最大化回收蛋壳的机会,减少蛋壳浪费,保护环境没有预处理,提高农业的评价。据估计,蛋壳浪费从母鸡每天数百万吨,鸭子和鸟蛋。因此,一个高效的蛋壳回收或处置方法是必需的。蛋壳是多孔陶瓷材料,因为胚胎发育需要呼吸气体氧气和二氧化碳进出扩散通过毛孔。大多数情况下,蛋壳由显微孔的结构充当催化剂或吸附剂10- - - - - -14]。

碳酸钙(CaCO₃)是一种钙源,可以用作填料,起始物料,烧结援助或通量。碳酸钙(CaCO₃在蛋壳可以对二氧化硅(SiO₂)和铝(Al₂O₃)在瓷土形成钙长石或钙长石(CaAl₂如果₂O₈)、硅酸钙(CaO.SiO₂)、莫来石(₂O₃.SiO₂)和硅灰石(卡西欧₃)在高温燃烧后符合eq.1和三元相图所示图1(15- - - - - -16]。

曹+基地₂O₃.2SiO₂- - - - - - > CaO.Al₂O₃.2SiO₂或CaAl₂如果₂O₈或钙长石(1)

瓷土是一种重要的粘土,可以用作原料生产多种产品,如陶器、砖、瓷砖、人造牙齿和骨骼,和填料行业(16- - - - - -19]。

在这部作品中,目标是准备钙长石或钙长石阶段(CaAl形成₂如果₂O₈)由鸟类蛋壳添加到瓷器通过注浆成型法过程不同体积的百分比0,5、10、15、20和发射在600°,700°、800°和900°C, 1, 3, 5人力资源每个点火温度。原材料(原始鸟类蛋壳和瓷土)和瓷器有/没有原始coturnix鸟类蛋壳粉添加被Brunauer-Emmett-Teller physical-thermalmechanical性质和微观结构特征(打赌)、粒度分析仪,真实和体积密度根据ASTM D3575 D1056,膨胀计,伸长计,维克氏显微硬度测试仪、XRD、扫描电子显微镜(SEM),分别进行报告和结果。

实验

材料

生Coturnix鹌鹑蛋壳粉蛋获得当地的商店在大学食堂。用自来水清洗和干燥的空气中1 - 2天快速机和地面的120分钟。瓷土作为原料制造粘土产品通过注浆成型法过程和从复合粘土有限公司购买泰国有限公司。硅酸钠作为分散剂或瓷土粒子的悬浮剂滑准备从复合粘土有限公司购买泰国有限公司。硅酸钠溶液制备硅酸钠的重量比水等于20:1。硅酸钠的解决方案是添加到调整滑的粘度。瓷土和硅酸钠溶液之间的比率是100公斤:250克。

仪器

累计质量百分比细(CMPF)和粒度测量粒度分析仪(Mastersizer年代,模型多分散的2.19)。样本分散在水介质和振动测量前20分钟的超声波清洁。x射线荧光(光谱仪)被用来确定化学成分。光谱仪(飞利浦,模型PW 2400)是用于管电流1000毫安和30年代的收购一生。样品的真实密度是衡量气体比重瓶(Quantachrome超比重瓶,1000)。批量和样品测量的真实密度值根据ASTM D3575 D1056,然后计算通过使用Eq。2:

(2)

ρ是散装和真正的密度(克/厘米吗³);D是干燥的样品的重量(g);和明显的体积样品的体积有/没有打开毛孔,收毛孔内的样本(cm³)。x射线衍射(XRD)数据和分析使用一个分析器(力量、D8发现)VANTEC-1探测器和双晶体广角测角仪。扫描得到从10°- 80°2θ2°2θ/分钟的扫描速度在0.02°2θ增加使用CuKα辐射(λ= 0.154海里)。峰位置与标准JCPDS文件进行比较以确定水晶阶段。一个AUTOSORB-1 (Quantachrome)被用来描述比表面积和孔隙大小。比表面积,固体的年代,根据方程式计算的总表面积。(3)和(4):

(3)

(4)

哪里是固体的比表面积,年代_t是总表面积,W是样品重量,N是阿伏伽德罗常数(6.023×10吗²³分子摩尔¹),M是被吸附物的分子量,一个_cs是一个吸附分子所占据的区域(16.2×10^-20年米²N₂和19.5×10^-20年米²Kr)。瓷器样品测量的硬度硬度试验机(三丰公司,MVK-H1)。抗压强度值的瓷器样本用万能试验机(UTM、Hounsfield H50KS)。

膨胀计(Netzsch DIL402PC)是用来测量热膨胀系数解雇瓷土产品维度5毫米×5毫米×25毫米。

瓷土产品准备

瓷土:水的重量比:硅酸钠等于10公斤:5公斤:0.001公斤。所有原材料都由搅拌器混合1 h获取滑动或泥浆。然后原始鸟类蛋壳粉添加到滑动通过改变0,5、10、15日和20%卷,不断搅拌45分钟。之后,瓷滑在矩形涌入干石膏模型。陶瓷样品制作完全60公式(120件)作为数据表表1。瓷样本让设置固化石膏模型,在室温下晾干。干瓷样品被解雇600°,700°、800°和900°C, 1, 3,分别在每个点火温度和5 h。瓷土产品物理属性特征(外观、批量和真密度和形成阶段),热性能(热的外表,无和热膨胀系数),力学性能(抗压强度和硬度)。

表1:示例代码的陶瓷产品有/没有原始鸟类蛋壳粉添加。

结果与讨论

化学成分对比原始母鸡,鸭子和coturnix鸟类蛋壳粉和瓷土衡量光谱仪所示表2。三种主要成分(鸡、鸭和coturnix鹌鹑蛋壳粉)碳酸钙等于96.46,99.39和97.44%的wt,分别和其他氧化物化合物。因此,母鸡生,生鸭,和生coturnix鸟类蛋壳粉可以作为钙源准备瓷产品,充当了bio-filler bio-flux的过程。瓷泥的主要成分是wt SiO 71.089%₂,26.195% wt艾尔₂O₃,1.747% wt K₂wt O,和0.969%氧化其他化合物。当原始鸟类蛋壳粉添加到瓷土和解雇了在高温下,它可以对瓷器形成钙长石和钙长石(CaAl₂如果₂O₈Eq.1)阶段形成如图所示。

表2:化学成分的比较原始鸟,生鸡,和生鸭蛋壳粉和瓷土光谱仪。

生鸡、鸭,coturnix鹌鹑蛋壳粉特点是物理性质与商业碳酸钙和瓷土真实密度、体积密度、比表面积和孔径是列表表3。真正的原始鸟类蛋壳粉密度接近真正的瓷土密度值等于1.91和1.70克/厘米³,分别。此外,所有真正的密度值生鸡,生鸭,和生鸟蛋壳低于商业碳酸钙(2.73克/厘米³)。母鸡生的粒度,生鸭,和生鸟蛋壳粉比瓷土更大更粗糙。真密度、平均粒径、比表面积和孔径的鸟类蛋壳粉等于1.91克/厘米³,313.28,0.68 m²/ g,分别为267.90。虽然真实密度、平均粒径、比表面积和孔径的瓷土等于1.70克/厘米³,39.98,19.92 m²/ g,分别为183.30。

表3:物理性质的原始coturnix鹌鹑蛋壳和瓷土。

粒度分布的比较研究原始鸟类蛋壳粉和瓷土之间找到了d₁₀d₅₀d_90年和d_avg原始鸟类蛋壳粉地面120分钟= 68.21,286.03,596.99,和313.28μm分别。而维₁₀d₅₀d_90年和d_avg瓷土的0.94,16.92,109.07,和39.98μm分别。瓷土的粒径小于原始鸟类蛋壳粉。因此,防止结块需要添加少量的硅酸钠作为悬浮剂分散的瓷器和生鹌鹑蛋壳粒子在介质。

XRD峰模式的比较的原材料(商业碳酸钙、原始鸟类蛋壳和瓷土)和瓷器产品添加原始鸟类蛋壳量的比例最高(20%)卷之前和之后发射在800°和900°C所示图2。XRD峰的原始鸟类蛋壳模式类似于商业碳酸钙的JCPDS文件号。01-072-1937和01-072-1937的方解石或菱形的阶段形成在2θ29.369°(104),39.370°(113),和35.937°(110)。虽然瓷土的XRD峰模式与JCPDS文件不一致。01-089-8936属于二氧化硅或石英(SiO₂六角形成阶段),在2θ:26.566°(011)和20.790°(100),并没有JCPDS文件。00-031-0026氧化铝(₂O₃在2θ:20.935°,10.996°,分别和12.266°。陶瓷样品的x射线衍射峰模式添加20%卷原始鸟类蛋壳粉之前发射与碳酸钙(CaCO一致₃)、二氧化硅(SiO₂)和铝(Al₂O₃)的JCPDS文件没有。00-003-0418的钙镁硅酸铝(CaMgAlSiO)。而XRD峰陶瓷产品的模式添加20%卷原始鸟类蛋壳粉和发射在800°和900°C 1 h编码20-1-800和20-1-800相同的峰值位置的JCPDS文件没有显示。01-089-1459即钙长石或钙硅酸铝或钙长石(Al₂曹₈如果₂)。陶瓷样品添加20%卷原始鸟类蛋壳粉和发射了700°C 1 h(20-1-700)显示少量的钙长石或钙硅酸铝或钙长石(Al₂曹₈如果₂)由于与石英和刚玉相混合形成低烧成温度,燃烧时间短。因此,样本编码20-1-700是不完整的致密化。

热膨胀系数值的瓷器产品列表表4。陶瓷样品的热膨胀系数值在不添加0-3-600和0-3-600编码的原始鸟类蛋壳粉等于6.3015×10⁶和6.6396×10⁶(°C)¹,分别。虽然样本编码15-3-600热膨胀系数等于6.1435×10⁶(°C)¹小于样本编码0-3-600由于原始瓷器鸟类蛋壳粉添加量增加热阻的影响。陶瓷样品编码10-5-900和15-1-800低热膨胀系数值等于1.0515×10⁶和1.1200×10⁶(°C)¹,分别。热膨胀系数值减小热阻增加的影响。由于这一点,因为许多因素影响热性能即原始鸟类蛋壳粉添加量瓷产品,烧成温度,烧成温度和时间。瓷样品添加多余的原始鸟类蛋壳粉、烧成温度高,发射,发射时间长影响脆弱,脆弱即样本编码15-3-900,20 - y - 800 (y =发射时间1、3和5小时),和20 - y - 900 (y =发射时间1、3和5 h)。

表4:热膨胀系数值的样本。

力学性能(抗压强度、硬度)的瓷器产品列表表5。当数量的原始鸟类蛋壳粉中添加陶瓷样品的增加,样品的抗压强度和硬度也有增加趋势。然而,过度的原始鸟类蛋壳粉添加量影响抗压强度和硬度值逐渐减少由于高有限公司₂在高温下分解的陶瓷产品。因此,最好的瓷器样品获得最高的抗压强度和硬度高编码10-5-900即硬瓷。

表5:解雇了陶瓷产品的力学性能。

结论

生coturnix鹌鹑蛋壳是一种主要由碳酸钙源wt CaCO 97.44%₃氧化和其他化合物。使用CaCO有许多优点₃bio-ceramic填料即。低价格、丰富、可再生资源和加工助剂提高多种产品的机械和热性能如橡胶、陶瓷、纸张、涂料、牙膏、和人工牙齿和骨骼。当原始瓷器鸟类蛋壳粉添加量影响增加真正的密度值,热阻,硬度和抗压强度。然而,原始鸟类蛋壳粉添加量过剩影响断裂和脆性高有限公司₂CaCO释放的化学反应₃在发射过程中。此外,还有其他因素控制physical-thermal-mechanical瓷产品的属性即燃烧温度和燃烧时间的过程。最好的条件获得良好的陶瓷产品在本研究样本编码10-5-900。添加10%原始鸟类蛋壳粉卷和发射在900°C 5人力资源的最佳条件是获得高强度瓷产品。真正的密度值,热膨胀系数、抗压强度和硬度的样本编码10-5-900是2.4180±0.1047克/厘米³,1.0515×10⁶(°C)¹6200 N /毫米²分别为12.2±0.30,高压。因为碳酸钙(CaCO₃)从原始鸟类蛋壳粉可以对二氧化硅(SiO₂)和铝(Al₂O₃)粒子在瓷土结构形成钙长石和钙长石(Al₂曹₈如果₂)与最优数量的原始鸟类蛋壳粉、烧成温度、点火时间。而陶瓷样品在不增加原始鸟类蛋壳粉即编码0-3-900和0-3-900样品低真正的密度2.2880±0.0683克/厘米³,低热阻,低力学性能(2768 N /毫米²和10.4±0.4高压)由于不完整的致密化。此外,不完整的致密化样品造成高热膨胀系数值大约6.6396×10⁶(°C)¹这是不利于陶瓷产品。在这项研究中,我们获得了软、硬瓷产品。样品编码15-1-800和15-1-800是硬瓷产品用于各种应用程序即牙科和医学应用(牙和人工骨)、家用产品、吸附剂和催化剂,保温。

承认

作者要感谢以下:石油石化学院和科技研究设备中心,在朱拉隆功大学,泰国;Kasetsart大学材料工程系,使用他们的分析设备。我们感谢给予支持农业研究发展机构(公共机构)或阿尔达农业合作社部PRP5605010080编码。我们也感谢给予支持的工业技术和先进的研究中心Kasetsart大学研究和开发。我们也愿意承认金融支持导电和电活性聚合物泰国朱拉隆功大学的研究小组,研究基金会(TRF-BRG)和皇家泰国政府。

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