CN110590200A - 一种基于生活污泥制备的地质聚合物及保温隔音调湿板材 - Google Patents

一种基于生活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，具体涉及一种基于生活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。本发明所述基于生活污泥制备的地质聚合物，利用生活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

一种基于生活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，具体涉及一种基于生活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。其中，污水厂污泥是随着城市污水处理量的增长而长期、稳定、大量的产生的污泥，因其独特的理化性质，如不得到妥善的处理处置，对环境的危害是非常严重。污水厂污泥主要来自居民的生活污水、市政污水等净化过程的产物，与自来水厂污泥等土质污泥不同，其有机质含量较高，一般占其干基含量的50％以上，同时还含有大量的氮磷等营养物质；由于污水厂还接纳一些工业废水，则其污泥中还含有一定比例的重金属离子和化学物质，特别是含有一定量的有害化学物质，如可吸附性有机卤素、阴离子合成洗涤剂、多氯联苯等，以及大量的病原微生物。
当前，生活污泥是污水处理厂的主要固废之一，每个城市的每个污水处理厂每天的产生量都非常大。生活污泥一般可以采用石灰进行简单的固化处理，但其仍含有大量的水、有机物和可能存在的重金属等物质，仍然是一种急需处理的受管制的大宗固废。另外，填埋也是一种行之有效的处理方法，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。再者，也有处理方法利用污泥中含有的有机物，将之与煤共混燃烧固废实现处理，但由于污泥中的含水量较大，导致大量的热损失。
现有技术中逐渐开发出利用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，但鉴于生活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，基于生活污泥进行建筑材料的开发而使其真正实现生活污泥的资源化利用，依然是当前固废资源研究的紧急任务和技术难题。
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生活污泥制备的地质聚合物，以解决现有技术中由于生活污泥含水量较大导致其生产的地质聚合物强度较低不利于实际应用的问题；
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生活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：
生活污泥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％。
具体的，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。
具体的，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、三乙胺或氨水等。
具体的，所述的基于生活污泥制备的地质聚合物：
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生活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)取选定量的所述生活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，控制所述生活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。
本发明还公开了所述基于生活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，由所述基于生活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。
本发明所述基于生活污泥制备的地质聚合物，利用生活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。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。
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生活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中各板材在高湿度(97±3)％环境下的吸湿效果曲线；
图2为实验例1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2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，所述淮南市污水处理厂的生活污泥。
实施例1
本实施例所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例所述制备所述基于生活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)取选定量的所述生活污泥和硅源材料(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，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
本实施例所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例所述制备所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例3
本实施例所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例所述制备所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例4
本实施例所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例所述制备所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例5
本实施例所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例所述制备所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例6
本实施例所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例所述制备所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例7
本实施例所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例所述制备所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实施例8
本实施例所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的制备原料包括：
本实施例所述制备所述基于生活污泥制备的保温隔音调湿板的方法同实施例1。
对比例1
本实施例所述保温隔音调湿板的制备原料包括：
本对比例所述保温隔音调湿板的方法同实施例1。
对比例2
本实施例所述保温隔音调湿板的制备原料包括：
本对比例所述保温隔音调湿板的方法同实施例1。
实验例
1、调湿性能
分别取实施例1-8和对比例1-2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1-2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。
2、保温性能
分别取实施例1-8和对比例1-2中制得板材样品(面积选择为6cm×10cm)，进行保温性能测试，控制待测板两侧的温度分别为38℃和60℃，测试38℃一侧的温度随时间的变化，各实施例样品保温性能曲线见图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保温性能。
3、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，测试结果的平均值见下表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。
4、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，测试结果的平均值见下表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)

1.一种基于生活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：
生活污泥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-0.25％。
2.根据权利要求1所述的基于生活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。
3.根据权利要求1或2所述的基于生活污泥制备的地质聚合物，其特征在于，所述有机质包括木粉和/或秸秆。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于生活污泥制备的地质聚合物，其特征在于：
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任一项所述基于生活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)取选定量的所述生活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所述的基于生活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所述的基于生活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，控制所述生活污泥和硅源材料的硅铝比为1：1-2：1。
8.权利要求1-4任一项所述基于生活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任一项所述基于生活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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