Способ получения плазмобиомодифицированных заполнителей из силикатсодержащих горных пород Российский патент 2017 года по МПК C04B20/02 C04B20/10 

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может использоваться для получения эффективных самовосстанавливающихся строительных растворов, бетонов, в том числе и ячеистых, сухих строительных смесей с использованием (на основе) плазмобиомодифицированных силикатсодержащих горных пород, выбранных из диатомитов, цеолитов, шунгизитов, а также в качестве сорбентов.

Известен способ механоактивации и измельчения материалов, включающий высушивание минерального сырья до влажности 1-5%, подачу его в классификатор для обогащения и освобождения от нежелательных добавок, затем полученное таким образом минеральное сырье через расходный бункер направляют в смеситель, в который одновременно с минеральным сырьем загружают сухую порошкообразную полимерную добавку и доводят все сырье до однородной массы, после чего из смесителя однородную массу загружают в мельницу-активатор, причем перед загрузкой сырья в мельницу в нее подают под давлением от генератора холодной плазмы холодную плазму в виде ионизированного газа или воздуха и производят процесс измельчения до получения готового продукта, который из мельницы по продуктопроводу направляют в классификатор или в бункер-накопитель, при этом в процессе перемещения измельченной массы по продуктопроводу от мельницы-активатора до классификатора в продуктопровод дополнительно подают ионизированный компонент от генератора холодной плазмы [1].

К недостаткам данного способа можно отнести сложность технологического процесса, большую энергоемкость, обязательное измельчение исходного минерального сырья, которое приводит к нарушению его целостности, в т.ч. к разрушению его внутренней структуры, уменьшение внутренней пористости материала, т.е. вызывает факторы, которые исключают возможность получения биомодифицированных пористых заполнителей для придания эффекта самовосстановления строительным материалам на их основе.

К недостаткам также можно отнести потери эффективности модифицирующего эффекта холодной плазмы при транспортировании ионизированного газа или воздуха из генератора плазмы в мельницу-активатор в связи с кратковременной продолжительностью жизни ионов (время рекомбинации) в пределах 10^-5-10^-10 с [2].

Технический результат предлагаемого способа заключается в получении биомодифицированных материалов на основе плазмоактивированных силикатсодержащих пористых горных пород в качестве пористых заполнителей для строительных материалов и изделий с самовосстанавливающимся эффектом, а также упрощении технологии активации, повышении эксплуатационных характеристик.

Способ получения плазмобиомодифицированных пористых заполнителей из силикатсодержащих горных пород включает активацию минерального сырья холодной плазмой непосредственно в генерируемой области низкотемпературной неравновесной плазмы со следующими характеристиками: E/N=15×10^-16 В⋅см², где E - напряженность электрического поля, N - суммарная концентрация частиц плазмы, в течение 10^-2 с с последующей обработкой биоактивной суспензией, содержащей бактерии.

Пример 1

Подготовка сырьевых материалов заключалась в механоактивации и измельчении исходного минерального сырья - цеолита (состав 1 табл. 1), предварительно высушенного до влажности 1-5%, с последующей классификацией, с последующей активацией ионизированным компонентом по способу, описанному в патенте RU 2400303 С1.

Пример 2

Подготовка сырьевых материалов заключалась в активации пористого заполнителя - цеолита (состав 4 табл. 1) непосредственно в генерируемой области низкотемпературной неравновесной плазмы со следующими характеристиками: E/N=15×10^-16 В⋅см², время обработки составляло 10^-2 с.

Пример 3

Подготовка сырьевых материалов заключалась в активации пористого заполнителя - шунгизита (состав 8 табл. 1) непосредственно в генерируемой области низкотемпературной неравновесной плазмы со следующими характеристиками: E/N=15×10^-16 В⋅см², время обработки составляло 10^-2 с, после чего осуществляют обработку плазмоактивированного шунгита биоактивной суспензией, содержащей бактерии Bacillus pasteurii.

Пример 4

Подготовка сырьевых материалов заключалась в активации пористого заполнителя - диатомита (состав 9 табл. 1) непосредственно в генерируемой области низкотемпературной неравновесной плазмы со следующими характеристиками: E/N=15×10^-16 В⋅см², время обработки составляло 10^-2 с, после чего осуществляют обработку плазмоактивированного диатомита биоактивной суспензией, содержащей бактерии Escherichia coli.

Для придания функции самовосстановления строительных материалов в процессе эксплуатации осуществляется введение модифицированного заполнителя, дополнительно обработанного суспензией, содержащей биоактивный материал, в качестве которого используют клетки различных как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий Sporosarcina pasteurii, Bacillus pasteurii, В. cohnii, В. sphaericus, В. pseudofirmus, В. cohnii, В. halodurans, B. subtilis, В. megaterium, B. alkalinitrilicus, Pseudomonas putida, Escherichia coli, которые хорошо известны своей способностью участвовать в образовании карбоната кальция [3-5].

Формовочную смесь для ячеистых бетонов получали на основе соответствующих составов сухих смесей и воды затворения в смесителе с последующей заливкой в формы и дальнейшей выдержкой образцов в нормальных условиях.

Определение свойств ячеистых бетонов, полученных на основе составов сухих смесей составов 1-9, проводилось в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-2012.

Отличительной особенностью и преимуществом разработанного способа является использование для получения эффективных самовосстанавливающихся строительных материалов и изделий пористых заполнителей с модифицированной поверхностью непосредственно в области генерирования плазмы с их последующей обработкой биоактивной суспензией, содержащей бактерии.

При использовании сорбционных свойств силикатсодержащих горных пород, таких как диатомиты, цеолиты, шунгизиты и другие глинистые породы, получают строительные материалы и изделия с повышенными прочностными показателями за счет активации заполнителя и придания изделиям повышенных сорбционных свойств, которые могут быть применены для очистки среды от вредных газообразных примесей, а также для повышения комфорта пребывания в помещениях.

Значительно расширить область применения природных сорбентов позволяет применение различных способов модификации для целенаправленного изменения их свойств для решения задачи использования эффективных пористых заполнителей в бетонах, в том числе и ячеистых.

Источники информации

1. Лебедев П.П., Ольшевский М.В. Способ механоактивации и измельчения материалов. Патент на изобретение РФ №2400303 С1 от 27.09.2010.

2. Химическая энциклопедия. В 5 т.: т. 2: Даффа-Меди. / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др. - М.: Сов. энцикл., 1990, с. 270.

3. Salmabanu L., Suthar G. A review paper on self healing concrete // J Civ Eng Res, 2015, 5(3), 53-58.

4. Dhami NK., Reddy MS., Mukherjee A. Biomineralization of calcium carbonates and their engineered applications: a review // Front Microbiol. 2013; 4: 1-13.

5. Andalib R. et al. Durability improvement assessment in different high strength bacterial structural concrete grades against different types of acids // Sadhana, 2014, 39(6), 1509-1522.

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может использоваться для получения эффективных самовосстанавливающихся строительных растворов, бетонов, в том числе и ячеистых, сухих строительных смесей с использованием плазмобиомодифицированных силикатсодержащих горных пород, выбранных из диатомитов, цеолитов, шунгизитов, а также в качестве сорбентов. В способе получения плазмобиомодифицированных пористых заполнителей из силикатсодержащих горных пород осуществляют активацию минерального сырья непосредственно в генерируемой области низкотемпературной неравновесной плазмы со следующими характеристиками: E/N=15×10^-16 В⋅см², где E - напряженность электрического поля, N - суммарная концентрация частиц плазмы, в течение 10^-2 с с последующей обработкой биоактивной суспензией, содержащей бактерии. Технический результат – получение пористых заполнителей для строительных материалов и изделий с самовосстанавливающимся эффектом, упрощение технологии активации и повышение эксплуатационных характеристик. 2 табл., 4 пр.

Способ получения плазмобиомодифицированных пористых заполнителей из силикатсодержащих горных пород, включающий активацию минерального сырья холодной плазмой, отличающийся тем, что указанную активацию осуществляют непосредственно в генерируемой области низкотемпературной неравновесной плазмы со следующими характеристиками: E/N=15×10^-16 В⋅см², где E - напряженность электрического поля, N - суммарная концентрация частиц плазмы, в течение 10^-2 с с последующей обработкой биоактивной суспензией, содержащей бактерии.