一种复合生物质基改性制备陶瓷添加剂的方法及其应用技术领域
本发明涉及精细化工、环境友好材料领域，具体涉及一种复合生物质基改性制备
陶瓷添加剂的方法及其应用。
背景技术
我国作为陶瓷生产的大国，陶瓷产量已连续几年位居世界第一，其中日用陶瓷产
量占全球产量的70％左右，陈设艺术陶瓷产量占全球产量的65％，建筑陶瓷产量也占全球
总产量的50％左右。但由于我国是一个能源和资源相对贫乏的国家，而陶瓷行业是一个高
度依赖能源、资源的产业，每年需要消耗优质的矿物原料1亿吨以上，能源耗用折合成标准
煤大概需要3000万吨以上；陶瓷行业作为一个高能耗的行业，从料浆的制备到制品的烧成，
每个工序消耗的电力、燃料等能源的成本占整个陶瓷生产成本的23％～40％，因此，节能降
耗将是陶瓷生产的大势所趋，也是陶瓷工业可持续发展的重要条件，在陶瓷生产中，为满足
各工艺要求常需要加入不同的添加剂，虽然用量不大，但却起着重要的作用，添加剂添加量
的多少也影响到成品的外观和物理性能。
另外，随着我国社会经济的发展、城市化进程的加快，我国的城市垃圾数量增长异
常迅速，而在众多的城市生活垃圾处理过程中，大量的垃圾露天堆放或填埋不仅占用大量
土地，而且易对土壤、地下水、大气造成极大的二次污染，成为严重的环境问题，由于垃圾在
进行好氧发酵过程中会产生丰富的腐殖酸，而腐植酸是一种无定形的有机高分子化合物，
将其进行改性，使其具有较大的空间网状结构，可以作为陶瓷添加剂来极大的提高陶瓷颗
粒之间的结合作用，增加陶瓷强度，因此，将垃圾渗滤液进行改性后应用于陶瓷添加剂生产
领域对改善我国的能源利用环境和能源循环利用具有重要意义。
然而，目前我国陶瓷添加剂的生产中还存在制备工艺复杂、反应时间长、能量耗用
大、污染严重的问题，并且所生产出来的陶瓷添加剂功能较为单一，在应用过程中往往需要
与其他陶瓷添加剂进行配合使用，提高了生产成本。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种使陶瓷具有良好分散性、
可以提高陶瓷生坯强度、生产应用可靠、条件温和、反应时间短、速率快、生产成本低的复合
生物质基改性制备陶瓷添加剂的方法及其应用。
为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案为：一种复合生物质基改性制备陶
瓷添加剂的方法，以垃圾渗滤液浓缩液为原料，加入淀粉后，依次通过碱化、磺化和季铵化
反应制得陶瓷添加剂。
进一步，其具体包括以下步骤：
(1)将垃圾渗滤液浓缩液和淀粉进行超声波均相混合后，加入催化剂，并将体系温
度调节至65～95℃，pH值调节至9～12，再进行持续搅拌反应2～6h；
(2)往上述反应完成后的溶液中依次加入苯甲酸、苯酚、醛类化合物、磺化剂和水，
并将体系温度调节至70～100℃，反应1.5～9h；
(3)往步骤(2)反应完成后的溶液中加入pH调节剂，将溶液pH至调节至9～12，再将
溶液温度调节至70～100℃后，加入季铵化试剂进行反应3～6h，反应完成后将溶液冷却，再
加入到喷雾干燥设备中进行干燥喷雾，即可制得黑色松散的粉末状陶瓷添加剂。
进一步，所述各步骤的添加组分及质量分数如下：
进一步，所述的垃圾渗滤液浓缩液为垃圾渗滤液原液通过生化膜浓缩处理后的浓
缩液，所述的垃圾渗滤液浓缩液的固含量为10％～45％。
进一步，所述的淀粉为工业玉米淀粉、工业土豆淀粉、工业小麦淀粉、工业木薯淀
粉中的至少一种混合而成。
进一步，所述的pH调节剂为氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸钾、碳酸
氢三钠、柠檬酸一钠、柠檬酸、乳酸、酒石酸、苹果酸、偏酒石酸、硫酸中的至少一种混合而
成。
进一步，所述的催化剂为硫酸锌、硝酸锌、硫酸铜、硝酸铜、硝酸铁、硫酸亚铁、硝酸
亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸镍中的至少一种混合而成。
进一步，所述的醛类化合物为甲醛、乙醛、戊二醛、丙烯醛、三聚甲醛、多聚甲醛中
的至少一种混合而成。
进一步，所述的磺化剂为过硫酸铵、亚硫酸氢铵、氨基磺酸、硫酸、亚硫酸钠中的至
少一种混合而成。
进一步，所述的季铵化试剂为1-氯-2羟丙基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基
氯化铵、十八烷基二甲基羟乙基硝酸铵、硫酸氢四丁基铵、四丁基溴化铵中的至少一种混合
而成。
进一步，所述的喷雾干燥设备的进口温度为140～350℃，出口温度为70～95℃，经
喷雾后的干粉回收率大于95％。
采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：通过采用浓缩后的垃圾渗滤液与淀
粉在超声波催化下混合，再通过采用碱化、磺化、季铵化反应和通过喷雾干燥制得黑色松散
的粉末状陶瓷添加剂，不仅过程简单可控，并且有利于工业化生产，通过对垃圾渗滤液浓缩
液和淀粉混合后进行碱化和磺化反应反应，可提高有效分子结构的活性，进一步的季铵化
反应能够有效的控制了产品的分子量，使制得的陶瓷添加剂在具有良好的分散性能的同
时，还可以大幅度的提高陶瓷生坯强度，并且本发明制得的陶瓷添加剂具有分散、减水、助
磨、黏结以及消泡等多种功能，还可以延伸作为染料分散剂、混凝土减水剂、钻井液降粘剂
等，不仅使得废弃物处理的副产物得到了资源化的有效利用，还可以缓解不可再生能源的
危机，实现垃圾处理过程中的副产物的实际应用价值和社会价值。
具体实施方式
一种复合生物质基改性制备陶瓷添加剂的方法，以垃圾渗滤液浓缩液为原料，加
入淀粉后，依次通过碱化、磺化和季铵化反应制得陶瓷添加剂。
进一步，其具体包括以下步骤：
(1)将垃圾渗滤液浓缩液和淀粉进行超声波均相混合后，加入催化剂，并将体系温
度调节至65～95℃，pH值调节至9～12，再进行持续搅拌反应2～6h；
(2)往上述反应完成后的溶液中依次加入苯甲酸、苯酚、醛类化合物、磺化剂和水，
并将体系温度调节至70～100℃，反应1.5～9h；
(3)往步骤(2)反应完成后的溶液中加入pH调节剂，将溶液pH至调节至9～12，再将
溶液温度调节至70～100℃后，加入季铵化试剂进行反应3～6h，反应完成后将溶液冷却，再
加入到喷雾干燥设备中进行干燥喷雾，即可制得黑色松散的粉末状陶瓷添加剂。
进一步，所述各步骤的添加组分及质量分数如下：
进一步，所述的垃圾渗滤液浓缩液为垃圾渗滤液原液通过生化膜浓缩处理后的浓
缩液，所述的垃圾渗滤液浓缩液的固含量为10％～45％。
进一步，所述的淀粉为工业玉米淀粉、工业土豆淀粉、工业小麦淀粉、工业木薯淀
粉中的至少一种混合而成。
进一步，所述的pH调节剂为氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、柠檬酸钠、柠檬酸钾、碳酸
氢三钠、柠檬酸一钠、柠檬酸、乳酸、酒石酸、苹果酸、偏酒石酸、硫酸中的至少一种混合而
成。
进一步，所述的催化剂为硫酸锌、硝酸锌、硫酸铜、硝酸铜、硝酸铁、硫酸亚铁、硝酸
亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸镍中的至少一种混合而成。
进一步，所述的醛类化合物为甲醛、乙醛、戊二醛、丙烯醛、三聚甲醛、多聚甲醛中
的至少一种混合而成。
进一步，所述的磺化剂为过硫酸铵、亚硫酸氢铵、氨基磺酸、硫酸、亚硫酸钠中的至
少一种混合而成。
进一步，所述的季铵化试剂为1-氯-2羟丙基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基
氯化铵、十八烷基二甲基羟乙基硝酸铵、硫酸氢四丁基铵、四丁基溴化铵中的至少一种混合
而成。
进一步，所述的喷雾干燥设备的进口温度为140～350℃，出口温度为70～95℃，经
喷雾后的干粉回收率大于95％。
实施例1
一种复合生物质基改性制备陶瓷添加剂的方法，其包括以下步骤：
(1)将350Kg固含量为20％的垃圾渗滤液浓缩液和150Kg工业玉米淀粉进行超声波
均相混合后，将其加入到反应器中，并加入1.5Kg以硝酸铁、硝酸铜与硫酸亚铁铵按8∶1∶1的
质量比混合而成的催化剂，并将体系温度调节至70℃，pH值调节至10，进行持续搅拌反应
4h；
(2)往上述反应完成后的溶液中依次加入12Kg苯甲酸、25Kg苯酚、50Kg以戊二醛和
多聚甲醛按质量比1∶1混合而成的醛类化合物、54.4Kg以硫酸铵和亚硫酸氢铵按1∶2的质量
比混合而成的磺化剂和230.3Kg水，并将体系温度调节至100℃，反应6h；
(3)往步骤(2)反应完成后的溶液中加入26.8Kg以氢氧化钠和碳酸钠按6∶1的质量
比混合而成的pH调节剂，将溶液pH至调节至10，再将溶液温度调节至75℃后，加入100Kg 1-
氯-2-羟丙基三甲基氯化铵进行反应3h，反应完成后将溶液冷却，再加入到设备温度为140
℃，出口温度为70℃的喷雾干燥设备中进行干燥喷雾，即可制得黑色松散的粉末状陶瓷添
加剂，其中喷雾干燥后的干粉回收率为95.4％。
实施例2
一种复合生物质基改性制备陶瓷添加剂的方法，其包括以下步骤：
(1)将402Kg固含量为22％的垃圾渗滤液浓缩液和150Kg工业土豆淀粉进行超声波
均相混合后，将其加入到反应器中，并加入0.9Kg以硫酸镍、硝酸铁与硫酸亚铁按8∶2∶1的质
量比混合而成的催化剂，并将体系温度调节至80℃，pH值调节至9，进行持续搅拌反应2h；
(2)往上述反应完成后的溶液中依次加入14Kg苯甲酸、30Kg苯酚、49Kg以甲醛、戊
二醛和多聚甲醛按质量比1∶1∶1混合而成的醛类化合物、54.4Kg以亚硫酸铵和亚硫酸氢铵
按3∶2质量比混合而成的磺化剂和134.7Kg水，并将体系温度调节至95℃，反应3.5h；
(3)往步骤(2)反应完成后的溶液中加入35Kg以碳酸钠柠檬酸钠、氢氧化钠和碳酸
钠按6∶1∶1的质量比混合而成的pH调节剂，将溶液pH至调节至10，再将溶液温度调节至100
℃后，加入130Kg以十二烷基二甲基苄基氯化铵和1-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的混合物进
行反应4h，反应完成后将溶液冷却，再加入到设备温度为200℃，出口温度为80℃的喷雾干
燥设备中进行干燥喷雾，即可制得黑色松散的粉末状陶瓷添加剂，其中喷雾干燥后的干粉
回收率为95.0％。
实施例3
一种复合生物质基改性制备陶瓷添加剂的方法，其包括以下步骤：
(1)将409Kg固含量为18％的垃圾渗滤液浓缩液和200Kg以工业玉米淀粉和工业土
豆淀粉按1∶1的质量比混合成的淀粉混合物进行超声波均相混合后，将其加入到反应器中，
并加入0.85Kg以硝酸锌、硫酸镍、硝酸铁与硫酸亚铁按8∶1∶1∶1的质量比混合而成的催化
剂，并将体系温度调节至95℃，pH值调节至9.5，进行持续搅拌反应6h；
(2)往上述反应完成后的溶液中依次加入16Kg苯甲酸、32Kg苯酚、46Kg以甲醛、乙
醛按质量比1∶1混合而成的醛类化合物、58Kg以亚硫酸铵和亚硫酸氢铵按1∶1的质量比混合
而成的磺化剂和53.15Kg水，并将体系温度调节至85℃，反应1.5h；
(3)往步骤(2)反应完成后的溶液中加入45Kg以碳酸钾、氢氧化钠和碳酸钠按6∶1∶
1的质量比混合而成的pH调节剂，将溶液pH至调节至10，再将溶液温度调节至70℃后，加入
140Kg以十二烷基二甲基苄基氯化铵和十二烷基二甲基羟乙基硝酸铵的混合物进行反应
5h，反应完成后将溶液冷却，再加入到设备温度为350℃，出口温度为95℃的喷雾干燥设备
中进行干燥喷雾，即可制得黑色松散的粉末状陶瓷添加剂，其中喷雾干燥后的干粉回收率
为97.1％。
实施例4
一种复合生物质基改性制备陶瓷添加剂的方法，其包括以下步骤：
(1)将460Kg固含量为26％的垃圾渗滤液浓缩液和180Kg以工业玉米淀粉和工业小
麦淀粉按1∶1的质量比混合成的淀粉混合物进行超声波均相混合后，将其加入到反应器中，
并加入1Kg以硝酸锌、硫酸镍、硝酸铁与硝酸铜按8∶1∶1∶1的质量比混合而成的催化剂，并将
体系温度调节至80℃，pH值调节至12，进行持续搅拌反应5h；
(2)往上述反应完成后的溶液中依次加入12Kg苯甲酸、28Kg苯酚、58Kg以甲醛和丙
烯酸按质量比1∶1混合而成的醛类化合物、53Kg以过硫酸铵和亚硫酸氢铵按1∶1的质量比混
合而成的磺化剂和23Kg水，并将体系温度调节至90℃，反应7h；
(3)往步骤(2)反应完成后的溶液中加入45Kg以碳酸氢三钠、碳酸钾、氢氧化钠和
碳酸钠按3∶1∶1∶1的质量比混合而成的pH调节剂，将溶液pH至调节至11，再将溶液温度调节
至75℃后，加入140Kg以硫酸氢四丁基铵和十二烷基二甲基羟乙基硝酸铵的混合物进行反
应6h，反应完成后将溶液冷却，再加入到设备温度为300℃，出口温度为85℃的喷雾干燥设
备中进行干燥喷雾，即可制得黑色松散的粉末状陶瓷添加剂，其中喷雾干燥后的干粉回收
率为98.3％。
实施例5
一种复合生物质基改性制备陶瓷添加剂的方法，其包括以下步骤：
(1)将480Kg固含量为10％的垃圾渗滤液浓缩液和200Kg以工业土豆淀粉和工业小
麦淀粉按1∶1的质量比混合成的淀粉混合物进行超声波均相混合后，将其加入到反应器中，
并加入0.75Kg以硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵与硝酸铜按8∶1∶1∶1的质量比混合而成的催
化剂，并将体系温度调节至65℃，pH值调节至10，进行持续搅拌反应4h；
(2)往上述反应完成后的溶液中依次加入10Kg苯甲酸、24Kg苯酚、50Kg以乙醛和三
聚甲醛按质量比1∶1混合而成的醛类化合物、46Kg以过硫酸铵和氨基磺酸按1∶1的质量比混
合而成的磺化剂和34.25Kg水，并将体系温度调节至100℃，反应8h；
(3)往步骤(2)反应完成后的溶液中加入55Kg以碳酸钠柠檬酸钠、柠檬酸钾、碳酸
钠按3∶1∶1∶1的质量比混合而成的pH调节剂，将溶液pH至调节至12，再将溶液温度调节至90
℃后，加入100Kg以四丁基溴化铵和十二烷基二甲基羟乙基硝酸铵的混合物进行反应5h，反
应完成后将溶液冷却，再加入到设备温度为256℃，出口温度为83℃的喷雾干燥设备中进行
干燥喷雾，即可制得黑色松散的粉末状陶瓷添加剂，其中喷雾干燥后的干粉回收率为
96.3％。
实施例6
一种复合生物质基改性制备陶瓷添加剂的方法，其包括以下步骤：
(1)将385Kg固含量为31％的垃圾渗滤液浓缩液和170Kg以工业木薯淀粉和工业小
麦淀粉按1∶1的质量比混合成的淀粉混合物进行超声波均相混合后，将其加入到反应器中，
并加入0.65Kg以硫酸镍、硫酸亚铁、硝酸亚铁铵与硝酸铜按8∶1∶1∶1的质量比混合而成的催
化剂，并将体系温度调节至85℃，pH值调节至11，进行持续搅拌反应5h；
(2)往上述反应完成后的溶液中依次加入13Kg苯甲酸、21Kg苯酚、50Kg以乙醛和多
聚甲醛按质量比1∶1混合而成的醛类化合物、49Kg以过硫酸铵和亚硫酸钠按1∶1的质量比混
合而成的磺化剂和150.35Kg水，并将体系温度调节至90℃，反应5h；
(3)往步骤(2)反应完成后的溶液中加入51Kg以氢氧化钠、碳酸钠柠檬酸钠和碳酸
钠按3∶1∶1的质量比混合而成的pH调节剂，将溶液pH至调节至11，再将溶液温度调节至75℃
后，加入110Kg以四丁基溴化铵和1-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的混合物进行反应6h，反应
完成后将溶液冷却，再加入到设备温度为180℃，出口温度为75℃的喷雾干燥设备中进行干
燥喷雾，即可制得黑色松散的粉末状陶瓷添加剂，其中喷雾干燥后的干粉回收率为95.8％。
实施例7
一种复合生物质基改性制备陶瓷添加剂的方法，其包括以下步骤：
(1)将315Kg固含量为23％的垃圾渗滤液浓缩液和220Kg以工业木薯淀粉和工业玉
米淀粉按1∶1的质量比混合成的淀粉混合物进行超声波均相混合后，将其加入到反应器中，
并加入1.4Kg以硫酸镍、硫酸铁按1∶1的质量比混合而成的催化剂，并将体系温度调节至65
℃，pH值调节至10.5，进行持续搅拌反应5h；
(2)往上述反应完成后的溶液中依次加入19Kg苯甲酸、28Kg苯酚、61Kg以戊二醛和
三聚甲醛按质量比1∶1混合而成的醛类化合物、65Kg以浓硫酸和亚硫酸钠按1∶1的质量比混
合而成的磺化剂和60.6Kg水，并将体系温度调节至70℃，反应9h；
(3)往步骤(2)反应完成后的溶液中加入65Kg以氢氧化钠、碳酸钠按3∶1的质量比
混合而成的pH调节剂，将溶液pH至调节至9，再将溶液温度调节至85℃后，加入165Kg以1-
氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和十二烷基二甲基羟乙基硝酸铵的混合物进行反应5h，反应完
成后将溶液冷却，再加入到设备温度为210℃，出口温度为86℃的喷雾干燥设备中进行干燥
喷雾，即可制得黑色松散的粉末状陶瓷添加剂，其中喷雾干燥后的干粉回收率为96.5％。
实施例8
一种复合生物质基改性制备陶瓷添加剂的方法，其包括以下步骤：
(1)将550Kg固含量为45％的垃圾渗滤液浓缩液和150Kg以工业土豆淀粉和工业玉
米淀粉按1∶1的质量比混合成的淀粉混合物进行超声波均相混合后，将其加入到反应器中，
并加入1.1Kg以硫酸亚铁、硫酸铁按1∶1的质量比混合而成的催化剂，并将体系温度调节至
85℃，pH值调节至9.5，进行持续搅拌反应5h；
(2)往上述反应完成后的溶液中依次加入23Kg苯甲酸、21Kg苯酚、50Kg以丙烯醛和
多聚甲醛按质量比1∶1混合而成的醛类化合物、40Kg以浓硫酸和过硫酸铵按1∶1的质量比混
合而成的磺化剂和29.9Kg水，并将体系温度调节至70℃，反应6h；
(3)往步骤(2)反应完成后的溶液中加入75Kg以氢氧化钠、碳酸氢钠按2∶1的质量
比混合而成的pH调节剂，将溶液pH至调节至10，再将溶液温度调节至90℃后，加入60Kg十二
烷基二甲基羟乙基硝酸铵进行反应6h，反应完成后将溶液冷却，再加入到设备温度为320
℃，出口温度为92℃的喷雾干燥设备中进行干燥喷雾，即可制得黑色松散的粉末状陶瓷添
加剂，其中喷雾干燥后的干粉回收率为97.8％。
性能测试
将实施例1～8制得的陶瓷添加剂与目前市场上常用的添加剂(三聚磷酸钠与水玻
璃按质量比5∶2混合)进行对比，将其加入如下表所示配方的陶瓷配料中使用：
漳州粘土
45％
高岭土
30％
蒙脱石
15％
石英粉
10％
将制得的对比样品和实施例1～8进行应用制得的样品进行性能测试对比，所得结
果如下：
注：
1.陶瓷酱料的流出时间使用涂-4杯测定，用流出100毫升浆料所用时间来表示；
2.生坯抗折强度测试参照国际GBT3810.4-2006第4部分：断裂模数和破坏强度的
测定。
以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教
导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修
改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。