CN107999018A - 一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法 - Google Patents

一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法。该方法适用于沥青混凝土中沥青的挥发物，也适用于其他有机材料的挥发物的处置。其制备方法为：首先，固体废弃物经过预处理、混合陈化、粉磨后，得到粉体原材料；其次，对粉体原材料进行成分分析与组分设计，并通过化学激发得到抑制剂前体；最后，抑制剂前体固化后，通过后处理工艺可制备得到沥青有机挥发物抑制剂。该沥青有机挥发物抑制剂具有大量的孔隙和巨大的比表面积。这些大量的孔壁上有很大的分子键作用应力，容易将沥青有机挥发物吸附到吸附剂的孔径中，从而达到减少有机挥发物的作用。

Description

一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种利用固体废弃物制备材料的方法，特别是涉及一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法。
背景技术
环境保护是我国的基本国策，固体废弃物处置是环境保护工作的重要组成部分。随着我国经济的快速发展，固体废弃物的种类和产生量也呈现快速增长的趋势。因此，固体废弃物的“无害化、减量化、资源化”已成为经济社会发展中亟待解决的重要问题之一。与此同时，沥青路面由于具有无接缝、易维修以及行车平稳舒适、噪音低等优点，在道路工程中已经得到广泛应用。在沥青混凝土的生产过程中所产生的沥青烟对环境和人体的危害越来越引起了有关部门和人民群众的关注。沥青有机挥发物是一种含有大量多环芳烃以及少量氧、氮、硫的杂环混合物，如萘、吡啶、吡啉、蒽、酚等100余种。目前针对沥青有机挥发物常用的处理方法有吸收法、冷凝法、吸附法、生物法、热氧化法、等离子体法等。其中，吸附法是最简单易行且有效的技术手段。吸附法是利用某些具有从气相混合物中有选择地吸附某些组分能力的多孔性材料来去除沥青烟的一种方法。这些吸附剂具有粒径小、多孔并且具有较大的比表面积，目前用以处理沥青烟气最常用的吸附剂有活性炭、沸石类材料等。但这些材料生产成本高，工艺复杂。因此，一种既能将固体废弃物资源化，又能抑制沥青有机物挥发的新材料的发明，是我国环境保护与可持续发展的有力助推器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法。该方法适用于沥青混凝土中沥青的挥发物，也适用于其他有机材料的挥发物的处置。解决了现有技术中固体废弃物中有机挥发物处理成本高，工艺复杂等问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法，包括以下步骤：首先，将固体废弃物经过预处理、混合陈化，得到粉体原材料；其次，对粉体原材料进行成分分析与组分设计，并通过化学激发得到抑制剂前体；最后，将抑制剂前体固化后，通过后处理工艺制备得到沥青有机挥发物抑制剂。
进一步地，所述的固体废弃物是生产、消费、生活中产生的固态、半固态的废弃物质；包括炉渣、污泥、煤矸石、粉煤灰等富含硅、铝元素的固体废弃物。
进一步地，所述的预处理是将固体废弃物中杂质去除，并开始预均化、干燥、粉磨处理；所述预均化是将固体废弃物除杂后、粉磨前，预先将其通过水平分层堆放和垂直切割的方法，可以使成分得到均化；所述干燥是将所得的预均化原料在105℃干燥8小时，所述粉磨是将干燥后的原料放入球磨机粉磨，粉磨颗粒尺寸至150μm。
进一步地，所述的混合陈化是通过强力搅拌使物料充分混合，混合后物料进行封闭陈化。
进一步地，所述的成分分析是对陈化后的粉体原材料利用X射线荧光光谱分析仪进行成分分析。
进一步地，所述的组分设计是针对成分分析的结果，对硅、铝元素的组成进行配比设计；硅、铝的组分设计为100份原材料中，硅、铝占90份，硅铝比为2:1。
进一步地，所述的化学激发中所用的激发剂为氢氧化钠与水玻璃的复合激发剂，其模数控制在0.8~1.4；所用激发剂用量为粉体质量的8%~12%；激发温度为10~40℃；将激发剂与原材料粉体混合并搅拌，并加入粉体质量8~10%的水分，激发后所得为抑制剂前体。
进一步地，所述的固化是将所制备的抑制剂前体在40℃条件下，固化48小时。
进一步地，所述的后处理工艺包括粉磨，水洗，干燥；首先将抑制剂前体通过球磨机粉磨至75μm，进行水洗后，在105℃条件下干燥24小时，最终得到沥青有机挥发物抑制剂。
本发明的原理为：本发明制备的沥青有机挥发物抑制剂，具有大量的孔隙和巨大的比表面积。这些大量的孔壁上有很大的分子键作用应力，容易将沥青有机挥发物吸附到吸附剂的孔径中，从而达到减少有机挥发物的作用。
本发明提供了一种全新的固体废弃物利用方式及沥青有机挥发物抑制剂的新材料的制备方法，具有以下主要优点：
1.本发明提供了一种固体废弃物的利用方法，可以利用多种富含硅、铝元素的固体废弃物为原料，将巨量固体废弃物转化为支撑城镇化建设所需的资源；
2.本发明提供了一种环境保护新材料，可有效通过抑制剂的多孔体系吸附沥青中的有机挥发物。
附图说明
图1为实施例1污泥基沥青有机挥发物抑制剂实物图。
图2为实施例1污泥基沥青有机挥发物抑制剂的抑制效果图。
图3为实施例2煤矸石沥青有机挥发物抑制剂的抑制效果图。
图4为实施例3煤矸石沥青有机挥发物抑制剂的抑制效果图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法，包括以下步骤：首先，固体废弃物经过预处理、混合陈化，得到粉体原材料；其次，对粉体原材料进行成分分析与组分设计，并通过化学激发得到抑制剂前体；最后，抑制剂前体进行固化，并通过后处理工艺可制备得到沥青有机挥发物抑制剂。
所用的原材料为利用生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态废弃物质。主要包括炉渣、污泥、煤矸石、粉煤灰等富含硅、铝元素的固体废弃物。
首先，将固体废弃物中杂质去除，再将其通过水平分层堆放和垂直切割的方法，可以使成分得到均化。所得预均化原料在105℃干燥8小时后，进入球磨机粉磨，粉磨颗粒尺寸至150μm。再通过强力搅拌使物料充分混合，混合后物料进行封闭陈化。
其次，陈化后的粉体原材料利用X射线荧光光谱分析（XRF）进行成分分析。并对硅、铝元素的组成进行配比设计。硅、铝的组分设计为，100份原材料中，硅、铝占90份，硅铝比为2:1。
再次，利用激发剂进行激发，激发剂为氢氧化钠（NaOH）与水玻璃的复合激发剂，其模数控制在0.8~1.4。用量为粉体质量的8%~12%。激发温度为10~40℃。将激发剂与原材料粉体混合并搅拌，并加入粉体质量的8~10%的水分，激发后所得为抑制剂前体，并在40℃条件下，固化48小时。
最后，将抑制剂前体通过球磨机粉磨至75μm，进行水洗后，在105℃条件下干燥24小时，最终得到沥青有机挥发物抑制剂。
实施例1：
①沥青：辽河油田重交90号沥青；
②氢氧化钠、氧化硅、氧化铝：国药集团，分析纯；
③水玻璃：沈阳化工集团有限公司，工业级；
④污泥：沈阳市自来水厂污泥，成分如表1所示。
表1 污泥组成成分
组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O K2O MgO 其他
含量 55.12 19.88 6.31 1.68 1.23 2.31 1.54 11.92
首先，将污泥中杂质去除，加热干燥，再将其通过水平分层堆放和垂直切割的方法，可以使成分得到均化。所得预均化原料在105℃干燥8小时后，进入球磨机粉磨，粉磨颗粒尺寸至150μm。再通过强力搅拌使物料充分混合，混合后物料进行封闭陈化。依据陈化后的粉体原材料利用X射线荧光光谱分析（XRF）进行成分分析。并对硅、铝元素的组成进行配比设计。硅、铝的组分设计为，100份原材料中，硅、铝占90份，通过氧化硅（SiO2）或氧化铝（Al2O3）粉体微调硅铝比为2:1。再次，利用激发剂进行激发，激发剂为氢氧化钠（NaOH）与水玻璃的复合激发剂，其模数为1.4。用量为粉体质量的8%，激发温度为10℃。将激发剂与原材料粉体混合并搅拌，并加入粉体质量的10%的水分，激发后所得为抑制剂前体，并在40℃条件下，固化48小时。最后，将抑制剂前体通过球磨机粉磨至75μm，进行水洗后，在105℃条件下干燥24小时，最终得到沥青有机挥发物抑制剂，如图1所示。沥青有机挥发物抑制剂的相关性能如表2所示：
表2污泥基抑制剂的性能
指标 平均粒径（nm） 孔容（mL/g） 平均孔径（nm） 比表面积（m2/g）
结果 617.9 0.4183 49.6 19.291
将沥青放入135℃的烘箱中软化，然后将污泥基抑制剂按照沥青质量百分数为3%、5%加入到沥青中，在140℃条件下高速搅拌30分钟，剪切搅拌时间1h，剪切速度为2000r/min，然后用于沥青有机挥发物的抑制效果测试，测试结果如图2所示。结果表明，在室温至200℃条件下，抑制剂添加量为3%时，失重率为2.41%，添加量为5%时，失重率只有0.59%，而未添加抑制剂的沥青的失重率为3.53%。可见抑制剂可以有效抑制沥青有机挥发物的挥发。
实施例2：
①沥青：辽河油田重交90号沥青；
②氢氧化钠、氧化硅、氧化铝：国药集团，分析纯；
③水玻璃：沈阳化工集团有限公司，工业级；
④煤矸石：阜新市华龙集团，成分如表3所示。
表3煤矸石组成成分
组成 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O K2O MgO 其他
含量 50.44 24.68 6.67 11.68 2.28 1.39 1.54 1.32
首先，将煤矸石初步粉磨，加热干燥，再将其通过水平分层堆放和垂直切割的方法，可以使成分得到均化。所得预均化原料在105℃干燥8小时后，进入球磨机粉磨，粉磨颗粒尺寸至150μm。再通过强力搅拌使物料充分混合，混合后物料进行封闭陈化。依据陈化后的粉体原材料利用X射线荧光光谱分析（XRF）进行成分分析。并对硅、铝元素的组成进行配比设计。硅、铝的组分设计为，100份原材料中，硅、铝占90份，通过氧化硅（SiO2）或氧化铝（Al2O3）粉体微调硅铝比为2:1。再次，利用激发剂进行激发，激发剂为氢氧化钠（NaOH）与水玻璃的复合激发剂，其模数为0.8。用量为粉体质量的12%，激发温度为40℃。将激发剂与原材料粉体混合并搅拌，并加入粉体质量的8%的水分，激发后所得为抑制剂前体，并在40℃条件下，固化48小时。最后，将抑制剂前体通过球磨机粉磨至75μm，进行水洗后，在105℃条件下干燥24小时，最终得到沥青有机挥发物抑制剂。沥青有机挥发物抑制剂的相关性能如表4所示：
表4煤矸石基抑制剂的性能
指标 平均粒径（nm） 孔容（mL/g） 平均孔径（nm） 比表面积（m2/g）
结果 513.8 0.4714 58.4 18.137
将沥青放入135℃的烘箱中软化，然后将煤矸石基抑制剂按照沥青质量百分数为3%、5%加入到沥青中，在140℃条件下高速搅拌30分钟，剪切搅拌时间1h，剪切速度为2000r/min，然后用于沥青有机挥发物的抑制效果测试，测试结果如图3所示。结果表明，在室温至200℃条件下，抑制剂添加量为3%时，失重率为2.49%，添加量为5%时，失重率只有0.91%，而未添加抑制剂的沥青的失重率为3.53%。可见抑制剂可以有效抑制沥青有机挥发物的挥发。
实施例3：
①沥青：辽河油田重交90号沥青；
②氢氧化钠、氧化硅、氧化铝：国药集团，分析纯；
③水玻璃：沈阳化工集团有限公司，工业级；
④煤矸石：阜新市华龙集团，成分如表3所示。
首先，将煤矸石初步粉磨，加热干燥，再将其通过水平分层堆放和垂直切割的方法，可以使成分得到均化。所得预均化原料在105℃干燥8小时后，进入球磨机粉磨，粉磨颗粒尺寸至150μm。再通过强力搅拌使物料充分混合，混合后物料进行封闭陈化。依据陈化后的粉体原材料利用X射线荧光光谱分析（XRF）进行成分分析。并对硅、铝元素的组成进行配比设计。硅、铝的组分设计为，100份原材料中，硅、铝占90份，通过氧化硅（SiO2）或氧化铝（Al2O3）粉体微调硅铝比为1.5:1。再次，利用激发剂进行激发，激发剂为氢氧化钠（NaOH）与水玻璃的复合激发剂，其模数为1.0。用量为粉体质量的10%，激发温度为25℃。将激发剂与原材料粉体混合并搅拌，并加入粉体质量的9%的水分，激发后所得为抑制剂前体，并在40℃条件下，固化48小时。最后，将抑制剂前体通过球磨机粉磨至75μm，进行水洗后，在105℃条件下干燥24小时，最终得到沥青有机挥发物抑制剂。沥青有机挥发物抑制剂的相关性能如表5所示：
表5煤矸石基抑制剂的性能
指标 平均粒径（nm） 孔容（mL/g） 平均孔径（nm） 比表面积（m2/g）
结果 474.1 0.5132 61.2 23.241
将沥青放入135℃的烘箱中软化，然后将煤矸石基抑制剂按照沥青质量百分数为3%、5%加入到沥青中，在140℃条件下高速搅拌30分钟，剪切搅拌时间1h，剪切速度为2000r/min，然后用于沥青有机挥发物的抑制效果测试，测试结果如图4所示。结果表明，在室温至200℃条件下，抑制剂添加量为3%时，失重率为2.48%，添加量为5%时，失重率只有0.54%，而未添加抑制剂的沥青的失重率为3.53%。可见抑制剂可以有效抑制沥青有机挥发物的挥发。

Claims (9)

1.一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将固体废弃物经过预处理、混合陈化，得到粉体原材料；其次，对粉体原材料进行成分分析与组分设计，并通过化学激发得到抑制剂前体；最后，将抑制剂前体固化后，通过后处理工艺制备得到沥青有机挥发物抑制剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法，其特征在于，所述的固体废弃物是生产、消费、生活中产生的固态、半固态的废弃物质；包括炉渣、污泥、煤矸石、粉煤灰等富含硅、铝元素的固体废弃物。
3.根据权利要求1所述的一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法，其特征在于，所述的预处理是将固体废弃物中杂质去除，并开始预均化、干燥、粉磨处理；所述预均化是将固体废弃物除杂后、粉磨前，预先将其通过水平分层堆放和垂直切割的方法，可以使成分得到均化；所述干燥是将所得的预均化原料在105℃干燥8小时，所述粉磨是将干燥后的原料放入球磨机粉磨，粉磨颗粒尺寸至150μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法，其特征在于，所述的混合陈化是通过强力搅拌使物料充分混合，混合后物料进行封闭陈化。
5.根据权利要求1所述的一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法，其特征在于，所述的成分分析是对陈化后的粉体原材料利用X射线荧光光谱分析仪进行成分分析。
6.根据权利要求1所述的一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法，其特征在于，所述的组分设计是针对成分分析的结果，对硅、铝元素的组成进行配比设计；硅、铝的组分设计为100份原材料中，硅、铝占90份，硅铝比为2:1。
7.根据权利要求1所述的一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法，其特征在于，所述的化学激发中所用的激发剂为氢氧化钠与水玻璃的复合激发剂，其模数控制在0.8~1.4；所用激发剂用量为粉体质量的8%~12%；激发温度为10~40℃；将激发剂与原材料粉体混合并搅拌，并加入粉体质量8~10%的水分，激发后所得为抑制剂前体。
8.根据权利要求1所述的一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法，其特征在于，所述的固化是将所制备的抑制剂前体在40℃条件下，固化48小时。
9.根据权利要求1所述的一种基于固体废弃物的沥青有机挥发物抑制剂的制备方法，其特征在于，所述的后处理工艺包括粉磨，水洗，干燥；首先将抑制剂前体通过球磨机粉磨至75μm，进行水洗后，在105℃条件下干燥24小时，最终得到沥青有机挥发物抑制剂。
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