CN106362680A

CN106362680A - 一种免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法

Info

Publication number: CN106362680A
Application number: CN201610870948.1A
Authority: CN
Inventors: 贾屹海; 常杰善; 赵凯; 王川行; 陈思颖
Original assignee: Tsinghua Innovation Center in Dongguan
Current assignee: Tsinghua Innovation Center in Dongguan
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2017-02-01

Abstract

本发明现提供一种免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，步骤为：a、固体原料预处理；b、制备基体材料，以富含硅铝酸盐的固体废弃物粉煤灰为固体原料，以碱激发剂为液体原料，固体原料与液体原料均匀混合，在20‑100℃反应成为基体；c、基体材料成型，将混合均匀的固体和液体原料通过造粒成型、浇注成型或挤出成型，形成基体样品；d、基体样品养护；e、洗涤干燥，本发明开发出一种节约能源、制备工艺简单，降低生产成本的可规模化生产高性能地质聚合物吸附材料的方法，以燃煤电厂废弃物粉煤灰为原料室温下制备吸附材料。既可解决粉煤灰堆弃及由其引起的环境问题，又可通过以废治废治理工业有机废气、含酚废水。

Description

一种免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法

技术领域

本发明属于固体废弃物综合处置与综合利用领域，具体涉及一种免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法。

背景技术

目前常用的吸附材料主要有活性炭、活性炭纤维、沸石、分子筛等。由于活性炭的再生方法主要有加热再生法、药剂再生法和化学再生法等，采用再生处理活性炭时，炭的损失率高，而且再生成本高，并易造成二次污染，质量差、使用寿命短、再生率低等；而沸石分子筛通过碱熔融、水热合成制备，该过程制备工艺复杂，同时产生大量废弃碱液，工业化生产成本高，限制了工业规模化使用。

粉煤灰是一种工业固体废弃物，年产量约6亿吨，是造成当前大气污染的主要原因。粉煤灰主要是由硅铝酸盐玻璃体、矿物晶体及少量未燃尽炭组成的一个复合结构的混合体，以粉煤灰为原料制备吸附材料等高附加值产品是当前研究的热点，因此加强粉煤灰高附加值吸附材料产品研发，开发出绿色、经济可行的粉煤灰处理方法及粉煤基地质聚合物吸附材料产品，不仅为固体废弃物增加新的应用途径，而且对保护生态环境、治理大气污染方面具有十分重要的意义。

如专利申请号为201510964521.3的中国专利申请《粉煤灰合成NaX型分子筛吸附材料的制备方法及其应用》以粉煤灰制备NaX型分子筛，对溢油污染原位除油处理具有较好的效果，但是前处理需要添加HCl溶液进行预处理，产生大量废酸溶液。

专利申请号是200410084313.6的中国专利提出了一种以粉煤灰制备沸石的方法，对水中氮磷营养元素的去除具有良好的效果，但是生产过程产生大量废碱液问题。

专利申请号201010168175.5的中国专利提出了一种高效生态型无机甲醛吸附材料及其制备方法，该方法制备过程需要大量的碱液，同时只针对甲醛进行吸附，吸附材料选择吸附性较差。

发明内容

针对上述现有粉煤灰制备吸附材料过程中产生大量废酸、废碱等问题，本发明旨在开发一种免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，针对采用粉煤灰等制备的吸附材料选择吸附性差等问题，开发一种免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料。该吸附材料对工业可挥发性有机废气及工业含酚类废水具有较好的选择吸附性，并且在温度低于300℃可进行热脱附，多次循环再生使用。

为实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

一种免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，步骤为：a、固体原料预处理，采用燃煤电厂固定床产生的粉煤灰，进行球磨2-24小时，然后对粉煤灰进行筛分处理；b、制备基体材料，以富含硅铝酸盐的固体废弃物粉煤灰为固体原料，以碱激发剂为液体原料，固体原料与液体原料均匀混合，在20-100℃反应成为基体；c、基体材料成型，将混合均匀的固体和液体原料通过造粒成型、浇注成型或挤出成型，形成基体样品；d、基体样品养护，将成型后的样品在湿度≥90%，温度为20-100℃环境中养护12-48小时；e、洗涤干燥，将养护后的样品用去离子水洗涤后，在100-150℃干燥0.5-2h，得到免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料。

步骤b中基体材料的配方为：固体原料100份，液体原料10-50份；所述固体原料为基体添加剂和煅烧高岭土、粉煤灰、富含硅铝酸盐成分的粘土矿物中的一种或多种；所述液体原料为：水玻璃（泡花碱）100份，强碱1-50份，水1-30份，表面活性剂0.01-10份。

所述固体原料中粉煤灰为是一级灰、经过400目筛分的二级灰，或磨细的一级灰或二级灰；煅烧高岭土为600-1200℃下烧制而成。

所述煅烧高岭土为700-850℃烧制而成。

所述基体添加剂为膨润土、沸石粉（分子筛）中的一种或多种。

所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃等中的一种或多种，水玻璃的模数2.4-3.5，波美度38-48。

所述强碱为碱金属碱或碱土金属碱。

所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙的任一种及以上。

所述洗涤干燥中，干燥温度为120℃，时间为1h。

本发明的优势在于：

1. 本发明提供一种免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料的制备方法及其应用方法，将含有硅铝酸盐成分的粉煤灰、高岭土等通过碱激发剂激发形成地质聚合物胶凝材料，由于地质聚合物具有三维网络状类沸石相的结构，通过沸石晶相诱导、控制养护反应温度等优化孔结构，提高吸附材料比表面积，通过添加表面活性剂、有机膨润土对吸附材料进行表面改性，提高吸附材料选择吸附性能。

2. 本发明开发出新型高效的粉煤灰地质聚合物吸附材料，制备工艺简单，克服现有技术中活性炭再生处理成本高、生产沸石分子筛成本高、粉煤灰污染环境的问题。

3. 本发明利用基体添加剂可以调整基体材料的固化时间、诱导基体材料孔结构生成、材料成型及抑制其返碱。

4. 本发明利用固体废弃物粉煤灰为原料制备地质聚合物高性能吸附材料，其苯酚吸附值可达到75-80mg/g，在同样的测试条件下其吸附性能是活性炭苯酚吸附值的80%，但是其吸附性能高于沸石、分子筛等吸附材料，同时该新型吸附材料可在温度低于300℃时可再生循环使用。

5. 本发明通过地质聚合物技术制备的高性能吸附材料，开发出一种节约能源、制备工艺简单，降低生产成本的可规模化生产高性能地质聚合物吸附材料的方法，以燃煤电厂废弃物粉煤灰为原料室温下制备吸附材料。既可解决粉煤灰堆弃及由其引起的环境问题，又可通过以废治废治理工业有机废气、含酚废水。

具体实施方式

为了更详细地说明本发明，给出下述制备实例。但本发明的范围并不局限于此。

实施例1

液体原料：称取氢氧化钠4g，水玻璃16g，水15-20g，十六烷基三甲基溴化铵（ CTAB）0.5g。现将CTAB溶解于水中备用；然后将氢氧化钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；

固体原料：称取粉煤灰 100g，有机膨润土30g，沸石0.5g，均匀混合；为固体原料；

将固体原料与液体原料混合，搅拌均匀，成半干粉状态，或将所有粉煤灰、有机膨润土、沸石称量好后直接一起加入碱激发剂中搅拌均匀，然后将混合后的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘、喷雾造粒成球型，在造粒过程中加入CTAB水溶液，然后在70℃、90%湿度下养护24小时，制备的样品经洗涤后，在120℃干燥1h，得到粉煤灰地质聚合物吸附材料；

样品干燥进行苯酚吸附值测试，苯酚吸附性能达到70mg/g。

实施例2

固体原料：称取粉煤灰 50g，高岭土50g，有机膨润土30g，沸石0.5g，均匀混合；为固体原料；

将固体原料与液体原料混合，搅拌均匀，成半干粉状态，或将所有粉煤灰、有机膨润土、沸石称量好后直接一起加入碱激发剂中搅拌均匀，然后将混合后的粉体原料置入盘式造粒机中，经旋转圆盘、喷雾造粒成球型，在造粒过程中加入CTAB水溶液，然后在70℃、90%湿度下养护24小时，制备的样品经洗涤后，在120℃干燥1h，成粉煤灰地质聚合物吸附材料。

样品干燥进行苯酚吸附值测试，苯酚吸附性能达到72mg/g。

实施例3

液体原料：称取氢氧化钠4g，水玻璃16g，水30-35g，十二烷基磺酸钠或CTAB 0.3g。现将表面活性剂溶解于水中备用；然后将氢氧化钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；

固体原料：称取粉煤灰 100g，有机膨润土30g，沸石0.5g，均匀混合为固体原料；

将固体原料与碱激发剂混合，搅拌均匀，成半干粉状态，或将所有粉煤灰、有机膨润土、沸石称量好后直接一起加入碱激发剂中搅拌均匀，然后将表面活性剂水溶液加入固体原料中，充分搅拌，使其均匀混合，形成流动装浆体，将浆体置入不锈钢模具中，经振动台震荡后，在70℃、90%湿度下养护24小时，然后经去离子水洗涤在120℃干燥1h后，得到吸附材料。

样品干燥进行苯酚吸附值测试，苯酚吸附性能达到75mg/g。

实施例4

液体原料：称取氢氧化钠4g，水玻璃16g，水90g，十二烷基磺酸钠（CTAB也可以）0.3g。现将表面活性剂溶解于水中备用；然后将氢氧化钠加入水玻璃中，进行溶解，搅拌均匀，待温度降到室温，为碱激发剂；

固体原料：称取高岭土 50g，粉煤灰50g，有机膨润土40g，沸石0.5g，均匀混合为固体原料；

样品干燥进行苯酚吸附值测试，苯酚吸附性能达到78mg/g。

将实施例1-4制备的样品干燥进行苯酚吸附值测试结果如下表：

	FA/g	高岭土/g	NaOH/g	水玻璃/g	水/g	CTAB/g	有机膨润土/g	沸石/g	苯酚吸附值（mg/g）
										实施例1	100	——	4	16	15-20	0.5	30	0.5	70
实施例2	50	50	4	16	15-20	0.5	30	0.5	72
											FA/g	高岭土/g	NaOH/g	水玻璃/g	水/g	十二烷基磺酸钠/g	有机膨润土/g	沸石/g	苯酚吸附值（mg/g）
实施例3	100	——	4	16	30-35	0.3	30	0.5	75
										实施例4	50	50	4	16	30-35	0.3	30	0.5	78

通过以上数据得出，本发明的苯酚吸附值可达到70-80mg/g，在同样的测试条件下其吸附性能是活性炭苯酚吸附值的80%，但是其吸附性能高于沸石、分子筛等吸附材料，同时该新型吸附材料可在温度低于300℃时可再生循环使用，所以本发明的吸附材料吸附性能虽然比活性炭略低，但吸附性能强于沸石、分子筛，并且本发明温度低于300℃时可再生循环使用，具有了活性炭、沸石、分子筛没有的特性，具有突出的实质性特点和显著的进步。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，步骤为：a、固体原料预处理，采用燃煤电厂固定床产生的粉煤灰，进行球磨2-24小时，然后对粉煤灰进行筛分处理；b、制备基体材料，以富含硅铝酸盐的固体废弃物粉煤灰为固体原料，以碱激发剂为液体原料，固体原料与液体原料均匀混合，在20-100℃反应成为基体；c、基体材料成型，将混合均匀的固体和液体原料通过造粒成型、浇注成型或挤出成型，形成基体样品；d、基体样品养护，将成型后的样品在湿度≥90%，温度为20-100℃环境中养护12-48小时；e、洗涤干燥，将养护后的样品用去离子水洗涤后，在100-150℃干燥0.5-2h，得到免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料。

2.根据权利要求1所述的免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，步骤b中基体材料的配方为：固体原料100份，液体原料10-50份；所述固体原料为基体添加剂和煅烧高岭土、粉煤灰、富含硅铝酸盐成分的粘土矿物中的一种或多种；所述液体原料为：水玻璃（泡花碱）100份，强碱1-50份，水1-30份，表面活性剂0.01-10份。

3.根据权利要求1所述的免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，所述固体原料中粉煤灰为是一级灰、经过400目筛分的二级灰，或磨细的一级灰或二级灰；煅烧高岭土为600-1200℃下烧制而成。

4.根据权利要求3所述的免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，所述煅烧高岭土为700-850℃烧制而成。

5.根据权利要求1所述的免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，所述基体添加剂为膨润土、沸石粉（分子筛）中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，所述水玻璃为钠水玻璃、钾水玻璃等中的一种或多种，水玻璃的模数2.4-3.5，波美度38-48。

7.根据权利要求1所述的免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，所述强碱为碱金属碱或碱土金属碱。

8.根据权利要求1所述的免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙的任一种及以上。

9.根据权利要求1所述的免烧粉煤灰基地质聚合物高性能吸附材料制备方法，所述洗涤干燥中，干燥温度为120℃，时间为1h。