CN112939563A - 用于海洋鱼礁的生物凝胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于海洋鱼礁的生物凝胶材料，由粉煤灰、贝壳粉、碱激发剂、钢渣和水制备得到。本申请还提供了用于海洋鱼礁的生物凝胶材料的制备方法。本申请利用海洋废弃贝壳和粉煤灰等工业固废制备人工鱼礁，以改善海洋生态环境，为海洋生物多样性提供有利场所。
Description
技术领域
本发明涉及人工鱼礁建设技术领域，尤其涉及用于海洋鱼礁的生物凝胶材料及其制备方法。
背景技术
海洋有着丰富的资源，为生命的诞生和繁衍提供了诸多有利条件，但是受近岸海域环境污染、过度捕捞和全球气候变化等因素的影响，海洋自净化能力有限，近海生物资源显著下降，全球海洋渔业资源衰退明显，治理和恢复海洋环境已迫在眉睫。各国海洋生态学家和渔业专家认为，建设海洋牧场是实现渔业可持续发展、修复海洋生态环境的重要手段。
海洋牧场是在特定的海洋区域内，以人工鱼礁建设进行增殖培育与科学管理的人工渔场，营造出适合海洋生物进行生长繁殖的环境和空间，以实现生态恢复，渔业增殖。投放人工鱼礁是海洋牧场建设过程中的一种重要技术手段，主要目的是为海洋生物提供保护栖息场所，营造产卵繁殖幼鱼的场所。研究表明，人工鱼礁投放后会被贝类、海藻等水生生物和微生物附着，它们会消耗海水中的氮、磷等营养物质，使海水的富营养化降低，同时礁体表面吸附的大量附着生物，随着时间的增长形成新的生物群落并吸引鱼群来此聚集栖息，通过流场、饵料和避敌效应实现从原始的单细胞藻类到高营养层的鱼类的完整生物链。
合理的人工鱼礁建设有利于调整海洋产业结构调整、改善海洋生态环境、增殖和优化渔业资源、促进海洋经济持续健康发展。人工鱼礁物理稳定性与礁体材料密切相关。构建人工鱼礁的材料目前主要分为天然材料、废弃物材料和建筑材料三大类别。天然材料主要包含木质材料、贝壳、岩石等，具有取材和制作方便、价格便宜且污染性低的特点；废弃物材料主要包含废旧船舰、废弃海洋平台及粉煤灰等，可对废弃物进行二次利用，节约资源；建筑材料主要指混凝土和钢材，具有可塑性好、礁体稳定性好的特点。此外，也有利用塑料、金属、混合材料等用作人工鱼礁。
混凝土是人工鱼礁建设最常用的材料，耐久性好、无毒、且具有良好的生态效益，目前混凝土技术逐步成熟，随着全球建筑行业蓬勃发展，对混凝土的需求量是巨大的，加上运输成本的不断增高，导致混凝土的价格逐年增长，同时也产生了许多环境问题，包括天然砂的无序开采造成河床下切、河势不稳定危及行洪安全；天然石的开采造成当地山体滑坡、水土流失等。我国是贝类养殖大国，贝壳利用率却很低，造成了大量废弃贝壳堆积占地和因其老化分解等产生环境问题；煤电集中产区粉煤灰过剩，占用大量土地资源。若能利用贝壳和粉煤灰等作为人工鱼礁材料，在解决废弃物污染的同时还可大量降低人工鱼礁材料的成本。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种用于海洋鱼礁的生物凝胶材料，本申请提供的生物凝胶材料作为人工鱼礁，可以改善海洋生态环境，具有成本低且稳定性好的特点。
有鉴于此，本申请提供了一种用于海洋鱼礁的生物凝胶材料，由粉煤灰、贝壳粉、碱激发剂、钢渣和水制备得到。
优选的，所述粉煤灰的含量为80～150重量份，所述贝壳粉的含量为200～450重量份，所述钢渣的含量为25～60重量份，所述碱激发剂的含量为25～65重量份，所述水的含量为35～80重量份。
优选的，所述粉煤灰的含量为100～120重量份，所述贝壳粉的含量为240～420重量份，所述钢渣的含量为30～50重量份，所述碱激发剂的含量为30～60重量份，所述水的含量为45～70重量份。
优选的，所述贝壳粉由粗骨料和细骨料组成，所述粗骨料的粒径为5～20mm，所述细骨料的粒径不大于4.5mm，所述粗骨料和细骨料的质量比为(1～1.3):1。
优选的，所述粉煤灰包括一类粉煤灰，含量不低于85wt％。
优选的，所述碱激发剂选自Na2O·SiO2、NaOH和K2CO3中的一种或多种。
本申请还提供了一种用于海洋鱼礁的生物凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
将粉煤灰、贝壳粉和钢渣混合，得到第一混合物；
将碱激发剂和水混合，得到第二混合物；
将所述第一混合物和所述第二混合物混合后成型固化，养护，得到用于海洋鱼礁生物凝胶材料。
优选的，所述养护包括依次进行的微波养护、自然养护和CO2养护。
优选的，所述微波养护的微波发生器输出功率为800～900W，控制温度为40～60℃，间隔1h加热20min，重复6次。
本申请提供了一种用于海洋鱼礁的生物凝胶材料，其由粉煤灰、贝壳粉、碱激发剂、钢渣和水制备得到。本申请利用粉煤灰和贝壳粉两种废弃物作为主要材料，通过添加碱激发剂改善结构，提高凝胶材料的稳定性和耐久性，添加贝壳粉作为人工鱼礁材料加强生物亲和性，增加了生物的附着基，还可发挥固碳能力；因此，本申请提供的生物凝胶材料可以改善海洋生态环境，具有成本低且稳定性好的特点。
附图说明
图1为本发明制备用于海洋鱼礁的生物凝胶材料的工艺流程图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
鉴于人工鱼礁的材料需求，本申请提供了一种用于海洋鱼礁的生物凝胶材料，该材料充分利用粉煤灰和贝壳粉等废弃物，在降低人工鱼礁成本的同时，还可得到稳定性好的用于海洋鱼礁的生物凝胶材料，有利于海洋经济可持续发展。具体的，本申请提供了一种用于海洋鱼礁的生物凝胶材料，由粉煤灰、贝壳粉、碱激发剂、钢渣和水制备得到。
在本申请提供的海洋鱼礁的生物凝胶材料的原料中，粉煤灰、贝壳粉、碱激发剂与钢渣协同作用，最终得到性能稳定且成本较低的生物凝胶材料；具体的，粉煤灰中富含硅化合物、铁化合物和铝化合物，硅氧键和铝氧键在键激发剂作用下断裂后再重组，聚合成新的凝胶相；贝壳粉具有生态效益，起到骨料的作用；钢渣发生活化反应，加速聚合反应。
在本申请中，所述粉煤灰的含量为80～150重量份，具体的，所述粉煤灰的含量为90～130重量份，更具体地，所述粉煤灰的含量为100～120重量份。所述粉煤灰中包括含量不低于85wt％的一类粉煤灰。
所述贝壳粉主要为废弃牡蛎壳和扇贝壳，其经清洗、粉碎后可成为不规则颗粒状，在本申请中选择粒径5～20mm的贝壳颗粒作为粗骨料，选择粒径不大于4.5mm的贝壳颗粒作为细骨料，所述粗骨料和细骨料的质量比为(1～1.3)：1，在具体实施例中，所述粗骨料和所述细骨料的质量比为1:1。所述贝壳粉的含量为200～450重量份，具体的，所述贝壳粉的含量为220～440重量份，更具体地，所述贝壳粉的含量为240～420重量份，更具体地，所述贝壳粉的含量为300～400重量份。
所述碱激发剂具体选自Na2O·SiO2、NaOH和K2CO3中的一种或多种；更具体地，所述碱激发剂可选自Na2O·SiO2和NaOH的组合、NaOH和K2CO3的组合或Na2O·SiO2。所述碱激发剂的含量为25～65重量份，具体地，所述碱激发剂的含量为30～60重量份，更具体地，所述碱激发剂的含量为45～55重量份。
所述钢渣的含量为25～60重量份，具体的，所述钢渣的含量为30～50重量份，更具体地，所述钢渣的含量为35～45重量份。
所述水作为溶剂存在，其含量为35～80重量份，具体的，所述水的含量为45～70重量份，更具体地，所述水的含量为50～65重量份。
本申请还提供了用于海洋鱼礁的生物凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
将粉煤灰、贝壳粉和钢渣混合，得到第一混合物；
将碱激发剂和水混合，得到第二混合物；
将所述第一混合物和所述第二混合物混合后成型固化，养护，得到用于海洋鱼礁生物凝胶材料。
结合图1，本申请用于海洋鱼礁的生物凝胶材料的制备工艺具体为：将粉煤灰、钢渣、贝壳粉分别通过称重仓称重计量后加入搅拌机搅拌，来自碱激发剂罐的碱激剂和清水(自来水)计量后在搅拌溶解罐中混合，溶解混合过程大量放热，待溶解完全成透明液体后进入缓冲罐，经计量加入搅拌机与其中的固体物质混合反应，反应过程会大量放热，混合成均匀浆液后浇注入模具成型，然后放入养护区进行预养护，养护24h后脱模，再放入CO2养护，即可得到生物凝胶材料。
在上述养护的过程中，所述养护具体包括依次进行的微波养护、自然养护和CO2养护，所述微波养护的微波发生器输出功率为800～900W，控制温度为40～60℃，间隔1h加热20min，重复6次，所述微波养护完成后再进行自然养护16h，经一体化脱模机脱模后，最后利用CO2养护12h。所述自然养护为利用自然条件，对材料表面加以覆盖并浇水，保持适当温度和湿度条件，实现正常增长强度；所述CO2养护能够加速碳酸化反应，在短时间内提高胶凝材料强度性能，CO2养护不仅可以加快养护速度，提高生产效率，降低能耗，同时还可以消耗大量的CO2气体，有利于缓减温室效应。
本申请提供了一种用于海洋鱼礁的生物凝胶材料，其利用粉煤灰和贝壳作为人工鱼礁主要材料，通过不同材料改善人工鱼礁生态效果，提高诱集海洋生物附着和栖息多样性；通过添加碱激发剂改善其结构，提高材料稳定和耐久性；添加贝壳作为人工鱼礁材料加强生物亲和性，增加生物附着基，还可以发挥固碳能力；因此，本申请通过利用上述废弃材料，提供了一种成本低廉、稳定性好的海洋鱼礁的生态胶凝材料，有助于海洋经济可持续发展。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的用于海洋鱼礁的生物凝胶材料及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
将一级粉煤灰100份，10mm废弃牡蛎壳颗粒150份、4.5mm废弃牡蛎壳颗粒150份与钢渣30份充分混合，然后将Na2O·SiO2 20份、NaOH10份和水50份混合；再将上述两种混合后的材料充分混合；混合后进行成型固化，先进行微波养护，微波养护的微波发生器输出功率为800～900W，控制温度为40～60℃，间隔1h加热20min，重复6次，再自然养护16h，最后经过CO2养护，得到用于海洋鱼礁的生物凝胶材料。
实施例2
将一级粉煤灰80份，15mm废弃牡蛎壳颗粒120份、3.5mm废弃牡蛎壳颗粒120份与钢渣25份充分混合，然后将K2CO35份、NaOH20份和水45份混合；再将上述两种混合后的材料充分混合；混合后进行成型固化，先进行微波养护，微波养护的微波发生器输出功率为800～900W，控制温度为40～60℃，间隔1h加热20min，重复6次，再自然养护16h，最后经过CO2养护，得到用于海洋鱼礁的生物凝胶材料。
实施例3
将一级粉煤灰150份，20mm废弃牡蛎壳颗粒220份、4.5mm废弃牡蛎壳颗粒220份与钢渣60份充分混合，然后将Na2O·SiO2 60份和水80份混合；再将上述两种混合后的材料充分混合；混合后进行成型固化，先进行微波养护，微波养护的微波发生器输出功率为800～900W，控制温度为40～60℃，间隔1h加热20min，重复6次，再自然养护16h，最后经过CO2养护，得到用于海洋鱼礁的生物凝胶材料。
对比例1
用于海洋鱼礁的生物凝胶材料的制备方法与实施例1相同，区别仅在于没有进行微波养护和CO2养护。
对比例2
用于海洋鱼礁的生物凝胶材料的制备方法与实施例2相同，区别仅在于没有进行微波养护和CO2养护。
对比例3
用于海洋鱼礁的生物凝胶材料的制备方法与实施例3相同，区别仅在于没有进行微波养护和CO2养护。
表1实施例与对比例制备的生物凝胶材料的性能数据表
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种用于海洋鱼礁的生物凝胶材料，由粉煤灰、贝壳粉、碱激发剂、钢渣和水制备得到。
2.根据权利要求1所述的生物凝胶材料，其特征在于，所述粉煤灰的含量为80～150重量份，所述贝壳粉的含量为200～450重量份，所述钢渣的含量为25～60重量份，所述碱激发剂的含量为25～65重量份，所述水的含量为35～80重量份。
3.根据权利要求1或2所述的生物凝胶材料，其特征在于，所述粉煤灰的含量为100～120重量份，所述贝壳粉的含量为240～420重量份，所述钢渣的含量为30～50重量份，所述碱激发剂的含量为30～60重量份，所述水的含量为45～70重量份。
4.根据权利要求1所述的生物凝胶材料，其特征在于，所述贝壳粉由粗骨料和细骨料组成，所述粗骨料的粒径为5～20mm，所述细骨料的粒径不大于4.5mm，所述粗骨料和细骨料的质量比为(1～1.3):1。
5.根据权利要求1所述的生物凝胶材料，其特征在于，所述粉煤灰包括一类粉煤灰，含量不低于85wt％。
6.根据权利要求1所述的生物凝胶材料，其特征在于，所述碱激发剂选自Na2O·SiO2、NaOH和K2CO3中的一种或多种。
7.一种用于海洋鱼礁的生物凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
将粉煤灰、贝壳粉和钢渣混合，得到第一混合物；
将碱激发剂和水混合，得到第二混合物；
将所述第一混合物和所述第二混合物混合后成型固化，养护，得到用于海洋鱼礁生物凝胶材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述养护包括依次进行的微波养护、自然养护和CO2养护。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述微波养护的微波发生器输出功率为800～900W，控制温度为40～60℃，间隔1h加热20min，重复6次。
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|---|---|---|---|---|
| CN112876170A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-06-01 | 青岛农业大学 | 一种利用多种固废物的生态型人工鱼礁混凝土及其制备方法 |
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