公布日：2022.07.15
申請(qǐng)日：2022.03.22
分類號(hào)：C04B38/10(2006.01)I;C04B28/26(2006.01)I;C02F1/28(2006.01)I;C02F1/30(2006.01)I;C02F101/20(2006.01)N;C02F101/22(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N;
C02F101/30(2006.01)N;C04B111/40(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提供一種用于污水處理的陶粒材料及其制備方法，通過(guò)限定陶粒的制備原料及養(yǎng)護(hù)工藝中的溫度、時(shí)間，制備一種能耗低，工藝簡(jiǎn)單，有效提高污水處理能力的免燒陶粒材料；利用廢棄的珍珠巖尾礦粉作為礦渣微粉，利用硅酸鈉激發(fā)陶粒中的礦渣微粉；限定鋼渣、錳渣在陶粒材料中的質(zhì)量比，使陶粒材料既能釋放OH‑固化重金屬離子，又能使固液分離，簡(jiǎn)易去除過(guò)程且節(jié)約成本；達(dá)到固廢資源化和處理水體污染的目的；將表面活性劑改性的硫摻雜二氧化鈦顆粒負(fù)載在磁性膨潤(rùn)土上，增強(qiáng)在可見(jiàn)光下的光降解活性；用硅溶膠改性核桃殼粉，在陶粒材料中均勻分散，達(dá)到優(yōu)異的造孔效果。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種用于污水處理的陶粒材料，其特征在于：以重量份數(shù)計(jì)，所述陶粒材料的原料組成為：粉煤灰35-40份、礦渣微粉12-20份、磁性膨潤(rùn)土25-35份、改性核桃殼粉2-4份、硅酸鈉9-10份、鋼渣1-2份、錳渣1-2份、去離子水2-5份；所述磁性膨潤(rùn)土的制備包括以下步驟：(1)將膨潤(rùn)土、去離子水在45-55℃下攪拌4h，加入七水硫酸鐵、六水氯化鐵，升溫至56-58℃，在攪拌條件下加氫氧化銨，將pH調(diào)到8.5-9.8，反應(yīng)3-4h，抽濾進(jìn)行固液分離，依次用去離子水、乙醇清洗至中性，干燥后得到改性氧化鐵；(2)將西曲溴銨、十二烷基硫酸鈉、無(wú)水乙醇混合攪拌，加入氨水、去離子水?dāng)嚢?/span>5min，然后加入步驟(1)得到的改性氧化鐵，在35℃下攪拌1h，計(jì)為組分A，將鈦酸丁酯、乙醇、硫脲混合攪拌，然后加入組分A中，在18-25℃下老化20-22h，過(guò)濾，干燥，在550℃煅燒2-2.5h，得到磁性膨潤(rùn)土；所述改性核桃殼粉的制備包括以下步驟：將硅溶膠與核桃殼粉混合，超聲攪拌10-14min，真空干燥箱中18-25℃下保溫20-22h，研磨后得到改性核桃殼粉；所述鋼渣與錳渣的質(zhì)量比為1:1；在磁性膨潤(rùn)土的制備中，所述膨潤(rùn)土、七水硫酸鐵、六水氯化鐵、去離子水的質(zhì)量體積比為1g:1g:2g:50mL；氫氧化銨與去離子水體積比為3:10；組分A中改性氧化鐵、西曲溴銨、十二烷基硫酸鈉、無(wú)水乙醇、氨水、去離子水的質(zhì)量體積比為2g:5mL:10mL:20mL:11mL:50mL；硫脲、鈦酸丁酯、乙醇的質(zhì)量體積比為0.25g:14mL:21mL；在改性核桃殼粉的制備中，硅溶膠的固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-25％，核桃殼粉的尺寸為200-400nm；硅溶膠與核桃殼粉的質(zhì)量比為1:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于污水處理的陶粒材料的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟：(1)將鋼渣、錳渣研磨至100-200目后，加入粉煤灰、礦渣微粉、磁性膨潤(rùn)土、改性核桃殼粉、硅酸鈉、去離子水超聲攪拌，通過(guò)對(duì)輥造粒機(jī)得到陶粒坯體；(2)將陶粒坯體轉(zhuǎn)移到蒸養(yǎng)裝置中，靜置3-4h，以5℃/h升溫至55℃，濕度85％，保持3-4h；升溫至75℃，濕度90％，保持3-4h；降溫至18-25℃，得到一種用于污水處理的陶粒材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于污水處理的陶粒材料的制備方法，其特征在于：升溫至75℃的升溫速度為10℃/h；降溫至18-25℃的降溫速度為10℃/h。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于污水處理的陶粒材料及其制備方法，該方法所需設(shè)備少，效率高，制得的陶粒材料使用壽命長(zhǎng)。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種用于污水處理的陶粒材料，以重量份數(shù)計(jì)，陶粒材料的原料組成為：粉煤灰35-40份、礦渣微粉12-20份、磁性膨潤(rùn)土25-35份、改性核桃殼粉2-4份、硅酸鈉9-10份、鋼渣1-2份、錳渣1-2份、去離子水2-5份。
現(xiàn)有陶粒多采用焙燒法制備陶粒，設(shè)備復(fù)雜且能耗高，本發(fā)明中通過(guò)控制制備原料及工藝，得到一種免燒的陶粒材料，能耗低，工藝簡(jiǎn)單易推廣，且具有優(yōu)異的可多次循環(huán)使用的污水處理能力。
污水中一般存在超量的銅，會(huì)對(duì)水生動(dòng)植物產(chǎn)生危害。且若通過(guò)富集進(jìn)入人體中，會(huì)導(dǎo)致腦損傷、高血壓、阿爾茨海默病等疾病。
利用廢棄的珍珠巖尾礦粉作為礦渣微粉，摻入陶粒材料中使陶粒材料輕質(zhì)化，同時(shí)其硅含量較多，具有良好的保溫性能，可大幅降低陶粒材料的導(dǎo)熱系數(shù)；且礦渣微粉具有較高的潛在活性，可以作為陶粒中的膠凝材料，利用硅酸鈉激發(fā)陶粒中的礦渣微粉，提供OH-和4-，礦渣玻璃體表面的鈣離子、鎂離子等與OH-結(jié)合后，與Si-O-Si、Al-O-Al鍵連接，使玻璃體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞，發(fā)生水化反應(yīng)，生成絮狀凝膠。
本發(fā)明中限定鋼渣、錳渣在陶粒材料中的質(zhì)量比，提高陶粒材料對(duì)水體中過(guò)量銅離子的吸附能力，提高凈化污水的能力，達(dá)到固廢資源化和處理水體污染的目的；
采用比表面積較大、化學(xué)活性高的鋼渣，在水中水解生成水化硅酸鈣，對(duì)銅離子具有良好的吸附能力，且也對(duì)污水中存在的鉻、鉛、砷、鎘等重金屬離子有很好的去除效果，同時(shí)對(duì)無(wú)機(jī)物和有機(jī)污染物也有較好的去除效果；
但是單獨(dú)的鋼渣在陶粒材料中，吸附后存在固液分離問(wèn)題；因此用鋼渣-錳渣復(fù)合配比加入陶粒材料中，使陶粒材料既能釋放OH-固化重金屬離子，又能改善固液分離的問(wèn)題，簡(jiǎn)易去除過(guò)程且節(jié)約成本。
進(jìn)一步的，鋼渣與錳渣的質(zhì)量比為1:1。
進(jìn)一步的，磁性膨潤(rùn)土的制備包括以下步驟：
(1)將膨潤(rùn)土、去離子水在45-55℃下攪拌4h，加入七水硫酸鐵、六水氯化鐵，升溫至56-58℃，在攪拌條件下加氫氧化銨，將pH調(diào)到8.5-9.8，反應(yīng)3-4h，抽濾進(jìn)行固液分離，依次用去離子水、乙醇清洗至中性，干燥后得到改性氧化鐵；
(2)將西曲溴銨、十二烷基硫酸鈉、無(wú)水乙醇混合攪拌，加入氨水、去離子水?dāng)嚢?/span>5min，然后加入步驟(1)得到的改性氧化鐵，在35℃下攪拌1h，計(jì)為組分A，將鈦酸丁酯、乙醇、硫脲混合攪拌，然后加入組分A中，在18-25℃下老化20-22h，過(guò)濾，干燥，在550℃煅燒2-2.5h，得到磁性膨潤(rùn)土。
本發(fā)明中采用綠色環(huán)保的方法將表面活性劑改性的硫摻雜二氧化鈦顆粒負(fù)載在磁性膨潤(rùn)土，以增強(qiáng)陶粒材料在污水中的回收性能，協(xié)同限定的鋼渣、錳渣達(dá)到提高重金屬離子的吸附能力；借助表面活性劑西曲溴銨、十二烷基硫酸鈉負(fù)載硫摻雜的二氧化鈦顆粒，通過(guò)溶膠-凝膠工藝控制磁性膨潤(rùn)土上二氧化鈦顆粒的形成，從而增強(qiáng)在可見(jiàn)光下的光降解活性，提高陶粒材料優(yōu)異的光降解效率；
進(jìn)一步的，膨潤(rùn)土、七水硫酸鐵、六水氯化鐵、去離子水的質(zhì)量體積比為1g:1g:2g:50mL；氫氧化銨與去離子水體積比為3:10。
進(jìn)一步的，組分A中改性氧化鐵、西曲溴銨、十二烷基硫酸鈉、無(wú)水乙醇，加入氨水、去離子水的質(zhì)量體積比為2g:5mL:10mL:20mL:11mL:50mL；硫脲、鈦酸丁酯、乙醇的質(zhì)量體積比為0.25g:14mL:21mL。
本發(fā)明中用硅溶膠改性核桃殼粉來(lái)提高造孔效果，核桃殼粉是一種天然有機(jī)物、主要由纖維素和木質(zhì)素組成，其外表含大量羥基基團(tuán)；硅溶膠采用含有高達(dá)50wt％的納米尺寸的球形無(wú)定形二氧化硅顆粒，直徑為20-30nm；
在陶粒材料中，核桃殼粉表面活躍的氫氧鍵與硅溶膠、磁性膨潤(rùn)土?xí)a(chǎn)生氫鍵，使二氧化硅顆粒黏附在核桃殼粉表面，同時(shí)硅溶膠、磁性膨潤(rùn)土之間以枝狀鏈硅氧烷鍵連接在一起。因此，硅溶膠處理后的核桃殼粉達(dá)到在陶粒中分散的均勻性，達(dá)到優(yōu)異的造孔效果。
進(jìn)一步的，改性核桃殼粉的制備包括以下步驟：將硅溶膠與核桃殼粉混合，超聲攪拌10-14min，真空干燥箱中在18-25℃下保溫20-22h，研磨后改性核桃殼粉。
進(jìn)一步的，硅溶膠的固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-25％，核桃殼粉的尺寸為200-400nm。
進(jìn)一步的，硅溶膠與核桃殼粉的質(zhì)量比為1:1。
進(jìn)一步的，一種用于污水處理的陶粒材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)將鋼渣、錳渣研磨至100-200目后，加入粉煤灰、礦渣微粉、磁性膨潤(rùn)土、改性核桃殼粉、硅酸鈉、去離子水超聲攪拌，通過(guò)對(duì)輥造粒機(jī)得到陶粒坯體；
(2)將陶粒坯體轉(zhuǎn)移到蒸養(yǎng)裝置中，靜置3-4h，以5℃/h升溫至55℃，濕度85％，保持3-4h，升溫至75℃，濕度90％，保持3-4h，降溫至18-25℃，得到一種用于污水處理的陶粒材料。
進(jìn)一步的，升溫至75℃的升溫速度為10℃/h；降溫速度為10℃/h。
本發(fā)明中通過(guò)限定陶粒坯體的制備原料及養(yǎng)護(hù)工藝中的溫度、時(shí)間，得到一種具有優(yōu)異污水處理能力、綠色環(huán)保、可循環(huán)利用、低能耗、不添加造孔劑的免燒陶粒材料。
本發(fā)明的有益效果：
現(xiàn)有工藝制備陶粒材料多使用焙燒法，能耗高，且工藝復(fù)雜，需要養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，且處理污水能力有限，本發(fā)明通過(guò)調(diào)整工藝及原料，制備一種能耗低，工藝簡(jiǎn)單，有效提高污水處理能力的免燒陶粒材料；
利用廢棄的珍珠巖尾礦粉作為礦渣微粉，使陶粒材料輕質(zhì)化，提高陶粒保溫性能，利用硅酸鈉激發(fā)陶粒中的礦渣微粉，提供OH-和4-，礦渣玻璃體表面的鈣離子、鎂離子等與OH-結(jié)合后，與Si-O-Si、Al-O-Al鍵連接，使玻璃體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞，發(fā)生水化反應(yīng)，生成絮狀凝膠；
限定鋼渣、錳渣在陶粒材料中的質(zhì)量比，使陶粒材料既能釋放OH-固化重金屬離子，又能改善固液分離，簡(jiǎn)易去除過(guò)程且節(jié)約成本；在水中水解生成水化硅酸鈣，對(duì)銅離子具有良好的吸附能力，且也對(duì)污水中存在的鉻、鉛、砷、鎘等重金屬離子有很好的去除效果，同時(shí)對(duì)無(wú)機(jī)物和有機(jī)污染物也有較好的去除效果，達(dá)到固廢資源化和處理水體污染的目的；
采用綠色環(huán)保的方法將表面活性劑改性的硫摻雜二氧化鈦顆粒負(fù)載在磁性膨潤(rùn)土，以增強(qiáng)陶粒材料在污水中的回收性能，協(xié)同限定的鋼渣、錳渣達(dá)到提高重金屬離子的吸附能力；借助表面活性劑西曲溴銨、十二烷基硫酸鈉負(fù)載硫摻雜的二氧化鈦顆粒，通過(guò)溶膠-凝膠工藝控制磁性膨潤(rùn)土上二氧化鈦顆粒的形成，從而增強(qiáng)在可見(jiàn)光下的光降解活性，提高陶粒材料優(yōu)異的光降解效率；
用硅溶膠改性核桃殼粉，在陶粒材料中，核桃殼粉表面活躍的氫氧鍵與硅溶膠、磁性膨潤(rùn)土?xí)a(chǎn)生氫鍵，使二氧化硅顆粒黏附在核桃殼粉表面，同時(shí)硅溶膠、磁性膨潤(rùn)土之間以枝狀鏈硅氧烷鍵連接在一起；因此，硅溶膠處理后的核桃殼粉達(dá)到在陶粒中分散的均勻性，達(dá)到優(yōu)異的造孔效果；
通過(guò)限定陶粒坯體的制備原料及養(yǎng)護(hù)工藝中的溫度、時(shí)間，得到一種具有優(yōu)異污水處理能力、綠色環(huán)保、可循環(huán)利用、低能耗、不添加造孔劑的免燒陶粒材料。
（發(fā)明人：張成生;王永春;王召鑫;王政）
