CN110451865A - 一种基于印染污泥制备的地质聚合物及保温隔音调湿板材 - Google Patents

一种基于印染污泥制备的地质聚合物及保温隔音调湿板材 Download PDF

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Abstract

本发明属于固体废物处理技术领域，具体涉及一种基于印染污泥制备的地质聚合物以及保温隔音调湿板材，并进一步公开其制备方法。本发明所述基于印染污泥制备的地质聚合物，利用光催化降解后的改性印染污泥与粉煤灰直接配合，通过添加硅源材料调整体系合适的硅铝比，并添加有机质进而得到一种轻质的地质聚合物。本发明所述保温隔音调湿板材以所述地质聚合物为原料按照常规方式制备，所述板材具有较好的消音、隔热和调湿性能，可广泛用于功能性建筑装饰领域。

Description

一种基于印染污泥制备的地质聚合物及保温隔音调湿板材
技术领域
本发明属于固体废物处理技术领域，具体涉及一种基于印染污泥制备的地质聚合物以及保温隔音调湿板材，并进一步公开其制备方法。
背景技术
污泥通常指污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥的主要特性是含水率高(可高达99％以上)、有机物含量高、容易腐化发臭，并且颗粒较细、比重较小、多呈胶状液态。污泥是一种介于液体和固体之间的浓稠物，可以用泵运输，但通常很难通过沉降进行固液分离。污泥的种类很多，主要包括企业产生的污泥，如电镀污泥、印染污泥、河道污泥、自来水厂污泥、污水厂污泥等。
当前，印染污泥是我国印染企业的印染废水挤压过滤产生的固废，其特点是含水量高，有大量染料和印染助剂，可能也含有少量重金属。这种印染污泥在工业发达的地域产生量大，存在处理困难的问题。现有技术中印染污泥主要是先通过烘干污泥中的水分进行减量化处理后，再进行填埋的方式，但填埋处理不仅需要进行相应的防渗处理，同时也占用了大量的土地资源，缺乏真正的资源化技术。另外，由于印染污泥中含有一定量的有害物，需要作为危险固体废弃物加以控制，导致工厂需要缴纳每吨数千元的处理费，才能由具有专门资质的企业回收处理，导致企业固废处理成本较高。
现有技术中虽然已开发出基于生活污泥与粉煤灰进行反应以制备地聚物的固废处理方式，但一方面，印染污泥不同于生活污泥，其有机有害物质含量极高，不适用于建筑板材的环保性能要求；另一方面，鉴于污泥中的含水量较大，使得生成地聚物的过程中很难达到致密的程度，进而导致所制备的地聚物的抗压强度低，达不到地聚物的实际应用要求。因此，开发一种适宜于印染污泥资源化利用的方法，对于印染污泥的固废处理具有重要的意义。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于印染污泥制备的地质聚合物，以解决现有技术中由于印染污泥有害物质含量较高以及含水量较大导致其不适于生产地质聚合物的问题；
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种基于所述地质聚合物制备的保温隔音调湿板材，所述板材具有较好的调湿、保温及隔音功效；
本发明所要解决的第三个技术问题在于提供上述地质聚合物和保温隔音调湿板的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种基于印染污泥制备的地质聚合物，其制备原料包括如下质量含量的组分：
改性印染污泥20wt％-30wt％；
碱3wt％-8wt％；
粉煤灰35wt％-60wt％；
硅源材料4wt％-16wt％；
有机质8wt％-12wt％；
有机物亲水改性剂0.1wt-0.25wt％；
无机物亲水改性剂0.15wt-0.25wt％；
所述改性印染污泥为以粉煤灰基光催化材料，在水存在下对所述印染污泥进行紫外光催化，降解印染污泥中的有机有害物后得到的改性印染污泥。
具体的，所述粉煤灰基光催化材料包括N-掺杂二氧化钛负载的粉煤灰颗粒，即在制备二氧化钛负载粉煤灰颗粒时在添加尿素的环境中进行。
具体的，本发明的粉煤灰基光催化材料制备方法包括以下步骤：
(1)刻蚀基材：以粉煤灰为基材，将基材置于水溶液中，再加入无机强碱并于85℃的氢氧化钠溶液中处理9h左右，得到硅氧-铝氧晶格结构的载体；
(2)负载光催化材料：将得到的载体置于质量分数为6％左右的钛溶胶中，在0℃的条件下搅拌，同时加入6mol/L的氢氧化钾溶液以破坏胶体的平衡，使二氧化钛以微纳米的形式在载体上生长，反应后过滤，将产物在300℃煅烧后，得到光催化材料。
上述方法通过将硫酸氧钛与尿素溶液通过滴加的形式混合，偏钛酸盐以液相相变形式负载到步骤(1)得到的载体上，再通过高温锻炼处理得到N-掺杂二氧化钛负载的粉煤灰。
本发明所述粉煤灰基光催化材料的制备方法是一种相变非共格晶格结构沉积嫁接的方法，便于在一个刻蚀载体材料上沉积纳米光催化结构材料，维持其纳米结构，保持其光催化的性能。
具体的，所述印染污泥与所述粉煤灰基光催化材料的添加比例为1-3：1。
具体的，所述的基于印染污泥制备的地质聚合物：
所述硅源材料包括硅酸钠(优选添加量为4-8wt％)和/或水玻璃(优选添加量为8-16wt％)；优选的，所述硅源材料的粒径小于200目；
所述有机质包括木粉和/或秸秆；优选的，所述有机质的粒径为60-100目；
具体的，所述碱包括有机碱和无机碱，如常规使用的氢氧化钠、氢氧化钾、三乙胺或氨水等；
所述有机物亲水改性剂是指可改善有机质亲水性的改性剂，使之能与污泥具有较好混合分散性、融合性，具体可以包括小分子表面活性剂或非离子表面活性剂；所述小分子表面活性剂可以为乙二醇、三乙醇胺等，所述非离子表面活性剂可以为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚或PO、EO嵌段化合物(壬基酚嵌段聚醚、丙二醇嵌段聚醚、苯乙烯嵌段共聚物等)；
所述无机物亲水改性剂是指可改善粉煤灰亲水性的改性剂，使之能与污泥具有较好混合分散性、融合性，具体可以包括三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠等无机类改性剂，或者聚丙烯酸钠盐、聚丙烯酸铵盐、聚羧酸钠、聚丙烯酰胺或硅烷偶联剂等有机类改性剂。
本发明还公开了一种制备所述基于印染污泥制备的地质聚合物的方法，包括如下步骤：
(1)取选定量的所述有机质，浸渍于选定量的所述有机物亲水改性剂配制的水溶液中，得到改性后的有机质，备用；另取选定量的所述粉煤灰，浸渍于选定量的所述无机物亲水改性剂配制的水溶液中，在室温下，高速分散10-45分钟(1500-2000rpm/min)，得到改性后的粉煤灰，备用；
(2)取印染污泥与选定量的所述粉煤灰基光催化材料混合，加入适量的水，在搅拌的过程中加以紫外光催化，得到所需改性印染污泥；取选定量的所述改性印染污泥和硅源材料混匀、静置，备用；
(3)向上述步骤(3)得到的混合物中依次加入上述改性后有机质、碱、和改性后的粉煤灰，混匀，得到所需地质聚合物。
具体的，所述步骤(1)中：
控制所述有机物亲水改性剂水溶液的浓度为1-2wt％；
控制所述无机物亲水改性剂水溶液的浓度为1-2wt％。
具体的，所述步骤(2)中，控制所述改性印染污泥和硅源材料的硅铝比为1：1-2：1。
具体的，所述步骤(2)中，所述静置步骤时间为20-24h。
具体的，所述步骤(2)中，水的加入量会与选定的粉煤灰光催化剂和污泥量有关，但一般不超过污泥量的5％，优选添加量为污泥量的3-5wt％。
具体的，所述紫外光催化步骤中，所述紫外光为波长处于200-400nm的紫外光，控制搅拌速度500-800rpm/min。
本发明还公开了所述基于印染污泥制备的地质聚合物用于制备保温隔音调湿板材的用途。
本发明还公开了一种保温隔音调湿板材，由所述基于印染污泥制备的地质聚合物制得。
本发明还公开了一种制备所述保温隔音调湿板材的方法，包括将所述地质聚合物置于模具中按照常规方式进行模压，并于50-60℃养护的步骤，制得所需保温隔音调湿板材。
本发明所述基于印染污泥制备的地质聚合物，利用光催化降解后的改性印染污泥与粉煤灰直接配合，通过添加硅源材料调整体系合适的硅铝比，并添加有机质进而得到一种轻质的地质聚合物。本发明所述印染污泥以N-掺杂二氧化钛负载的粉煤灰颗粒为光催化材料，在紫外光催化下可有效降解印染污泥中的有机有害物，便于印染污泥的资源化利用。在所述地质聚合物的聚合过程中，由于污泥中的水分被木粉吸收，使地聚物反应过程更致密，添加的有机质会给予地聚物更好的韧性，而污泥中的有机物经碱处理后，在地聚物中得到一类稳定的具有调湿作用的材料；并且，地聚物形成后，原污泥中的少量重金属在地聚物固化的过程中易被稳定在粉煤灰地聚物的晶格中，不易浸出，其安全值达到相应的国家标准要求；再者，使用的粉煤灰基光催化材料在处理完有机物后，无需进行分离处理，在强碱性的作用下也成为了地质聚合物的一部分，而部分露在外面的光催化材料制成板材后，仍具有消除接触有有机物的作用，显示出一定的防霉性，具有较好的应用性能。
本发明所述保温隔音调湿板材以所述地质聚合物为原料按照常规方式制备，所述板材具有较好的消音、隔热和调湿性能，可广泛用于功能性建筑装饰领域。
本发明所述地质聚合物和温隔音调湿板材就地取材于各个城市广泛存在的印染污泥资源和附近的火力发电厂的粉煤灰资源，完全做到废物资源的就地取材及就地消化，不仅可以同时有效的消除两种固体废弃物，产品完全可以满足我国每年的建筑装饰板巨大的需求量。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1为实验例1中板材样品的光催化效果，其中，1-5分别对应实施例1-5的测试结果；
图2为实验例3中各板材在低湿度(25±3)％环境下的放湿效果曲线；
图3为实验例3中各板材在高湿度(97±3)％环境下的吸湿效果曲线；
图4为实验例4中各待测板材的温度变化性能曲线。
具体实施方式
本发明下述实施例中，所述惠州市纺织公司印染污泥。
所述粉煤灰基光催化材料即N-掺杂二氧化钛负载的粉煤灰颗粒的制备方法具体为：
(1)刻蚀基材：以粉煤灰为基材，将基材置于水溶液中，再加入无机强碱并于85℃的氢氧化钠溶液中处理9h左右，得到硅氧-铝氧晶格结构的载体；
(2)负载光催化材料：将得到的载体置于质量分数为6％左右的钛溶胶中，在0℃的条件下搅拌，同时加入6mol/L的氢氧化钾溶液以破坏胶体的平衡，使二氧化钛以微纳米的形式在载体上生长，反应后过滤，将产物在300℃煅烧后，得到光催化材料。
实施例1
本实施例所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
改性印染污泥45g；
本实施例中，所述改性印染污泥按照如下步骤制得：按照1：1的质量比，取印染污泥与N-掺杂二氧化钛负载的粉煤灰颗粒充分混合，并加入适量(占污泥量3-5wt％)的水，控制搅拌速度500-800rpm/min，并在搅拌的过程中加以紫外光(波长200-400nm)进行催化，得到所需改性印染污泥。
本实施例所述制备所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的方法，包括如下步骤：
(1)取选定量的所述木粉，浸渍于选定量的所述有机物亲水改性剂配制的水溶液(质量浓度1wt％)中，得到改性后的有机质，备用；另取选定量的所述粉煤灰，浸渍于选定量的所述无机物亲水改性剂配制的水溶液(质量浓度1wt％)中，在室温下，高速分散10-45分钟(1500-2000rpm/min)，得到改性后的粉煤灰，备用；
(2)取选定量的所述改性印染污泥和硅源材料(测试硅铝比1-2：1)，搅拌均匀后放置24小时，备用；
(3)向上述步骤(3)得到的混合物中依次加入上述改性后有机质、碱、和改性后的粉煤灰，充分搅拌1-2h混匀，得到地聚物；
(4)将上述地聚物置于模具中按照常规方式进行模压，并于50-60℃养护，制得所需保温隔音调湿板。
实施例2
本实施例所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例中，所述改性印染污泥按照如下步骤制得：按照2：1的质量比，取印染污泥与N-掺杂二氧化钛负载的粉煤灰颗粒充分混合，并加入适量(占污泥量3-5wt％)的水，控制搅拌速度500-800rpm/min，并在搅拌的过程中加以紫外光(波长200-400nm)进行催化，得到所需改性印染污泥。
本实施例所述制备所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例3
本实施例所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例中，所述改性印染污泥按照如下步骤制得：按照3：1的质量比，取印染污泥与N-掺杂二氧化钛负载的粉煤灰颗粒充分混合，并加入适量(占污泥量3-5wt％)的水，控制搅拌速度500-800rpm/min，并在搅拌的过程中加以紫外光(波长200-400nm)进行催化，得到所需改性印染污泥。
本实施例所述制备所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例4
本实施例所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例中，所述改性印染污泥按照如下步骤制得：按照2：1的质量比，取印染污泥与N-掺杂二氧化钛负载的粉煤灰颗粒充分混合，并加入适量(占污泥量3-5wt％)的水，控制搅拌速度500-800rpm/min，并在搅拌的过程中加以紫外光(波长200-400nm)进行催化，得到所需改性印染污泥。
本实施例所述制备所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例5
本实施例所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例中，所述改性印染污泥按照如下步骤制得：按照2：1的质量比，取印染污泥与N-掺杂二氧化钛负载的粉煤灰颗粒充分混合，并加入适量(占污泥量3-5wt％)的水，控制搅拌速度500-800rpm/min，并在搅拌的过程中加以紫外光(波长200-400nm)进行催化，得到所需改性印染污泥。
本实施例所述制备所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例6
本实施例所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例所述改性印染污泥的制备方法同实施例1。
本实施例所述制备所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例7
本实施例所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例所述改性印染污泥的制备方法同实施例1。
本实施例所述制备所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例8
本实施例所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括；
本实施例所述改性印染污泥的制备方法同实施例1。
本实施例所述制备所述基于印染污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实验例
1、光催化效果
分别取上述实施例1-8中制得板材样品(面积选择为6cm×10cm)，进行光催化性能测试，测试粉煤灰基光催化材料对印染污泥中的有机染料的光催化效果，各实施例样品光催化性能曲线见图1所示。
可见，本发明所述基于印染污泥制备的板材经过煤灰基光催化材料的光催化后，其中有机染料降解性能较好。
2、有害物质测试
分别取上述实施例1-8中制得板材进行相关有害物质的测试，测试结果平均值见下表1所示。
表1所述板材的有害物质测试结果
从上表数据可知，本发明制得所述板材有害物质含量完全符合国家或行业标准，使用安全。
3、调湿性能
分别取实施例1-8中制得的板材样品(面积选择为6cm×10cm)，分别选择(25±3)％和(97±3)％两种湿度环境(环境容积为2.5L)来测试在(50±3)％贮存样品的调湿性能，分析一定体积内湿度变化的趋势与达到平衡的时间，测试结果见图2-3所示。
可见，本发明所述基于生活污泥制备的板材具有较好的调湿性能。
4、保温性能
分别取实施例1-8中制得板材样品(面积选择为6cm×10cm)，进行保温性能测试，控制待测板材两侧的温度分别为38℃和60℃，并测试38℃一侧板的温度随时间的变化。各实施例样品保温性能曲线见图4所示。
可见，本发明所述基于生活污泥制备的板材具有较好的保温性能。
5、隔音性能
分别取上述实施例1-8中制得板材进行隔音性能的测试，测试结果平均值见下表2所示。
表2隔音性能测试结果
可见，本发明制得所述板材具有较好的隔音性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于印染污泥制备的地质聚合物，其特征在于，其制备原料包括如下质量含量的组分：
改性印染污泥20wt％-30wt％；
碱3wt％-8wt％；
粉煤灰35wt％-60wt％；
硅源材料4wt％-16wt％；
有机质8wt％-12wt％；
有机物亲水改性剂0.1wt-0.25wt％；
无机物亲水改性剂0.15wt-0.25wt％；
所述改性印染污泥为以粉煤灰基光催化材料，在水存在下对所述印染污泥进行紫外光催化，降解印染污泥中的有机有害物后得到的改性印染污泥。
2.根据权利要求1所述的基于印染污泥制备的地质聚合物，其特征在于，所述粉煤灰基光催化材料包括N-掺杂二氧化钛负载的粉煤灰颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的基于印染污泥制备的地质聚合物，其特征在于，所述印染污泥与所述粉煤灰基光催化材料的添加比例为1-3：1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于印染污泥制备的地质聚合物，其特征在于：
所述硅源材料包括硅酸钠和/或水玻璃；
所述有机质包括木粉和/或秸秆；
所述有机物亲水改性剂包括小分子表面活性剂或非离子表面活性剂；
所述无机物亲水改性剂包括三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、聚丙烯酸钠盐、聚丙烯酸铵盐、聚羧酸钠、聚丙烯酰胺或硅烷偶联剂。
5.一种制备权利要求1-4任一项所述基于印染污泥制备的地质聚合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取选定量的所述有机质，浸渍于选定量的所述有机物亲水改性剂配制的水溶液中，得到改性后的有机质，备用；另取选定量的所述粉煤灰，浸渍于选定量的所述无机物亲水改性剂配制的水溶液中，得到改性后的粉煤灰，备用；
(2)取印染污泥与选定量的所述粉煤灰基光催化材料混合，加入适量的水，在搅拌的过程中加以紫外光催化，得到去除有机物的改性印染污泥；取选定量的所述改性印染污泥和硅源材料混匀、静置，备用；
(3)向上述步骤(3)得到的混合物中依次加入上述改性后有机质、碱、和改性后的粉煤灰，混匀，得到所需地质聚合物。
6.根据权利要求5所述的基于印染污泥制备的地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中：
控制所述有机物亲水改性剂水溶液的浓度为1-2wt％；
控制所述无机物亲水改性剂水溶液的浓度为1-2wt％。
7.根据权利要求5或6所述的基于印染污泥制备的地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，控制所述印染污泥和硅源材料的硅铝比为1：1-2：1。
8.权利要求1-4任一项所述基于印染污泥制备的地质聚合物用于制备保温隔音调湿板材的用途。
9.一种保温隔音调湿板材，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述基于印染污泥制备的地质聚合物制得。
10.一种制备权利要求9所述保温隔音调湿板材的方法，其特征在于，包括将所述地质聚合物置于模具中按照常规方式进行模压，并于50-60℃养护的步骤，制得所需保温隔音调湿板材。
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