CN108863440A - 石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法及其应用 - Google Patents

石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法及其应用，解决了现有技术中河涌水体污染的问题。包括以下步骤：制备Bi2WO6微晶化合物的粉体；将Bi2WO6微晶化合物的粉体与石墨烯混杂均匀，完成石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物的粉体的制备；将石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物的粉体热喷涂到冶炼渣地质聚合物表面制成石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃釉面冶炼渣地质聚合物。本发明无需爆气增氧，节能环保，一物多用，工艺简单。

Description

石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备 方法及其应用
技术领域
本发明涉及水体治理领域，特别是指石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法及其应用。
背景技术
地质聚合物是指用天然矿物或固体废弃物或人造硅铝化合物为原料，制备的硅氧四面体与铝氧四面体组成的三维网络聚合凝胶体。地质聚合物属于碱激发胶凝材料，是由铝硅酸盐原料在碱性激发剂的作用下经混合搅拌、成型、养护等工序制备得到。一般认为地质聚合物主要由层状及链状硅酸盐组成，其中部分硅被铝所取代。在地质聚合物网络中，AI起网络调节优化的作用，增加了长链之间的链接。由于AI和Si价态不同，因此需要碱性金属原子（Ｍ）维持整体价态平衡。
地质聚合反应大体分为三步：①在强碱作用下铝硅酸盐溶解；②铝氧四面体和硅氧四面体缩聚，体系凝胶化；③凝胶结构重整、聚合，体系硬化。研究认为当铝硅酸盐颗粒遇到碱性激发剂时，铝和硅从颗粒中溶出，进入溶液产生富铝胶体。一段时间后胶体中铝和硅浓度达到饱和，开始聚合成为低聚物，当低聚物长大到一定大小后便可稳定存在。随着反应的进行这些稳定存在的低聚物聚合到一起形成三维聚合物结构，因此产生强度。
与普通硅酸盐水泥相比，地质聚合物这种新型的胶凝材料具有以下优点：（1）抗折强度高。由于地质聚合物以SiO和AlO共价键连接为主，与一般矿物颗粒或废弃物颗粒具有良好的界面亲和性，因此这类材料的抗折强度较高。与水泥基材料相比，当抗压强度相同时，地质聚合物具有更高的抗折强度，约为水泥基材料的2-3倍。（2）耐高温隔热效果好。地质聚合物在1000-1200℃之间不氧化、不分解，在高温条件下稳定。在400°Ｃ下的线收缩率为0.2%-2％，800℃下的线收缩率为0.2%-2％。在600°Ｃ下地质聚合物仍可以保持60％以上的原始强度。地质聚合物的耐火能力优于传统的硅酸盐水泥，导热系数为0.24-0.38Ｗ／（m·K），可与轻质耐火砖相媲美，隔热效果好。（3）耐酸碱腐蚀。地质聚合物水化不产生钙矾石等硫铝酸盐矿物，因而能耐硫酸盐侵蚀。地质聚合物在酸性溶液中的稳定性好：在5％的硫酸溶液中，分解率只有硅酸盐水泥的1/13；在5％的盐酸溶液中其分解率只有硅酸盐水泥的1/12。（4）绿色节能环境友好。在水泥生产中，烧成水泥熟料放出约1t的CO2。地质聚合物的生产主要以煤系高岭土、粉煤灰、矿物废渣等固体废弃物为原料，生产过程中不需要煅烧石灰石，不需要高温烧成。因此，与水泥相比，生产地质聚合物的CO2排放量很低，约为水泥生产的20％。
地质聚合物材料的固体原料非常丰富，几乎所有富含硅和铝的矿物以及工业废渣，都可能成为地质聚合物的原料，过去的三十年中人们己经对多种矿物和工业副产品进行了研究，如锻烧高岭土、长石等多种自然界中硅铝酸盐矿物，粉煤灰、矿渣和垃圾焚烧飞灰等工业废渣，都可作为地质聚合物的原料。
Bi2WO6 是一种典型的n型半导体,其禁带宽度为 2.75e V，它是由Bi2O2 2+层和WO4 2-层沿着c轴交替组成的钙钛矿片层结构，在电极材料、太阳能转化、催化剂等中有广泛的应用。已经有文献报道：Kudo和Hiji发现Bi2WO6光催化剂对O2的发展具有光催化作用和Zou等发现在可见光下能够降解有机化合物，作为一种新型的半导体材料，Bi2WO6光催化材料的研究将为光催化去除和降解有机污染物开辟一条新的途径，在环境净化和新能源开发方面具有非常重要的实用价值。由于Bi2WO6本身具有特殊的层状结构，窄的禁带宽度，能充分的利用太阳光，所以研究Bi2WO6光催化材料，提高其对太阳光的利用，对治理环境污染和开发新能源方面具有重要的意义。
众所周知，有效的光催化过程需要具备以下几个条件：光生电子和空穴的高迁移率；直接的可见光催化效果；合适的能带宽度；对有机污染物的高吸附能力。一般认为，光催化反应发生的前提条件是受体电势比半导体导带电势低，供体电势比半导体价带电势高，这样才能获得有效的光生电荷载流子的迁移。
本发明专利，根据这个实际需求，提出，利用超细粉碎的方法，制备Bi2WO6微晶玻璃晶体材料粉，经热喷涂加工，将Bi2WO6微晶玻璃晶体材料粉喷涂改性冶炼渣地质聚合物表面制成石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃釉面冶炼渣地质聚合物砖或景观，制备出具有清洁河涌黑臭水体功能的自清洁石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃釉面冶炼渣地质聚合物砖或景观。
发明内容
本发明提出石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法及其应用，解决了现有技术中河涌水体污染的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备Bi2WO6微晶化合物的粉体；
（2）将Bi2WO6微晶化合物的粉体与石墨烯混杂均匀，完成石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物的粉体的制备；
（3）将石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物的粉体热喷涂到冶炼渣地质聚合物表面制成石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃釉面冶炼渣地质聚合物。
所述步骤（1）中Bi2WO6微晶化合物包括Bi2WO6微晶玻璃、B2O3Bi2O3WO3微晶玻璃、Li2B4O7Bi2WO6微晶玻璃或Bi2WO6改性成分，其中Bi2WO6改性成分为Bi2WO6/BiVO4/碳纳米管或Bi2WO6/BiVO4椰子碳。
所述步骤（1）中Bi2WO6微晶化合物的粉体通过超细粉碎机制备，Bi2WO6微晶化合物的粉体的粒度为0.1-10μm。
所述步骤（2）中Bi2WO6微晶化合物的粉体与石墨烯的质量比为 1/100-1/1000，石墨烯的粒度为0.1-10μm。
所述步骤（3）中热喷涂的工艺为中热喷涂的工艺为超音速热喷涂：功率5000瓦，送粉速度10-200 g/min，送粉气体氮气，火焰温度3000℃，粉体速度1100 m /min。
所述的墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的应用，石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物在河涌臭水体整治方面的应用。
将石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物置于河涌浅水区及入水护坡区即可实现对河涌臭水体的整治。
本发明的有益效果在于：
本发明利用超细粉碎的方法，制备Bi2WO6微晶化合物粉与石墨烯混杂后，经热喷涂加工，将石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物粉体喷涂到冶炼渣地质聚合物表面进行改性，制成石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃釉面冶炼渣地质聚合物砖或景观，制备出具有清洁河涌黑臭水体功能的自清洁石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃釉面冶炼渣地质聚合物砖或景观。本发明无需爆气增氧，节能环保，一物多用，工艺简单。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
通过超微粉碎机制备石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃粉颗粒度为0.1μm大小。利用等离子体喷涂装置制备含石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃粉涂覆冶炼渣地质聚合物表面，Bi2WO6微晶玻璃粉与石墨烯的质量比为 1/100，石墨烯的粒度为0.1μm。将石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃粉涂覆冶炼渣地质聚合物砖置于河涌浅水两边堤岸水面下及边坡，对河涌黑臭水体进行整治。本发明无需爆气增氧，节能环保，废物利用，工艺简单。
实施例2
石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
制备石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃粉颗粒度为3μm大小。利用超声热喷涂装置制备含石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃粉改性冶炼渣地质聚合物景观表面，石墨烯的粒度为10μm。热喷涂的工艺为超音速热喷涂：功率5000瓦，送粉速度10-200 g/min，送粉气体氮气，火焰温度3000℃，粉体速度1100 m /min。Bi2WO6微晶玻璃粉与石墨烯的质量比为1/1000，并用该景观治理黑臭水体。将石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃粉改性冶炼渣地质聚合物景观置于河涌浅水区和相关水面，对河涌黑臭水体进行整治。本发明无需爆气增氧，节能环保，废物利用，工艺简单。
实施例3
石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
制备石墨烯混杂Bi2WO6/BiVO4椰子碳颗粒度为10μm。利用超声热喷涂装置制备含石墨烯混杂Bi2WO6/BiVO4椰子碳改性冶炼渣地质聚合物景观表面，石墨烯的粒度为5μm。热喷涂的工艺为超音速热喷涂：功率5000瓦，送粉速度10-200 g/min，送粉气体氮气，火焰温度3000℃，粉体速度1100 m /min。Bi2WO6/BiVO4椰子碳与石墨烯的质量比为 1/500，并用该景观治理黑臭水体。将石墨烯混杂Bi2WO6/BiVO4椰子碳改性冶炼渣地质聚合物景观置于河涌浅水区和相关水面，对河涌黑臭水体进行整治。本发明无需爆气增氧，节能环保，废物利用，工艺简单。
实施例4
石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
制备石墨烯混杂Bi2WO6/BiVO4/碳纳米管颗粒度为8μm。利用超声热喷涂装置制备含石墨烯混杂Bi2WO6/BiVO4/碳纳米管改性冶炼渣地质聚合物景观表面，石墨烯的粒度为8 μm。热喷涂的工艺为超音速热喷涂：功率5000瓦，送粉速度10-200 g/min，送粉气体氮气，火焰温度3000℃，粉体速度1100 m /min。Bi2WO6/BiVO4/碳纳米管与石墨烯的质量比为 1/300，并用该景观治理黑臭水体。将石墨烯混杂Bi2WO6/BiVO4/碳纳米管改性冶炼渣地质聚合物景观置于河涌浅水区和相关水面，对河涌黑臭水体进行整治。本发明无需爆气增氧，节能环保，废物利用，工艺简单。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备Bi2WO6微晶化合物的粉体；
（2）将Bi2WO6微晶化合物的粉体与石墨烯混杂均匀，完成石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物的粉体的制备；
（3）将石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物的粉体热喷涂到冶炼渣地质聚合物表面制成石墨烯混杂Bi2WO6微晶玻璃釉面冶炼渣地质聚合物。
2.如权利要求1所述的石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中Bi2WO6微晶化合物包括Bi2WO6微晶玻璃、B2O3Bi2O3WO3微晶玻璃、Li2B4O7Bi2WO6微晶玻璃或Bi2WO6改性成分，其中Bi2WO6改性成分为Bi2WO6/BiVO4/碳纳米管或Bi2WO6/BiVO4椰子碳。
3.如权利要求1所述的石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中Bi2WO6微晶化合物的粉体通过超细粉碎机制备，Bi2WO6微晶化合物的粉体的粒度为0.1-10μm。
4.如权利要求1所述的石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中Bi2WO6微晶化合物的粉体与石墨烯的质量比为1/100-1/1000 ，石墨烯的粒度为0.1-10μm。
5.如权利要求1所述的石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中热喷涂的工艺为超音速热喷涂：功率5000瓦，送粉速度10-200 g/min，送粉气体氮气，火焰温度3000℃，粉体速度1100 m /min。
6.如权利要求1-5任一项所述的石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的应用，其特征在于：石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物在河涌臭水体整治方面的应用。
7.如权利要求6所述的石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物的应用，其特征在于步骤为：将石墨烯混杂Bi2WO6微晶化合物釉面冶炼渣地质聚合物置于河涌浅水区及入水护坡区即可实现对河涌臭水体的整治。
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