CN110862271B - 一种地聚物开孔发泡材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于地聚物发泡材料制备范围，具体公开了一种地聚物开孔发泡材料的制备方法，其特征在于，将包含地聚物原料、碱激发剂、过氧化氢、十二烷基苯磺酸钠的原料浆液进行发泡，即得；十二烷基苯磺酸钠为地聚物质量的0.2‑1％；H2O2为地聚物原料重量的0.01‑5％。本发明创新地利用十二烷基苯磺酸钠对气孔结构的调控，进一步通过对十二烷基苯磺酸钠其用量、发泡剂及其用量等参数的协同控制，可以出人意料地制备出了比表面积大，气孔分布均匀，联通孔孔径较大的地聚物开孔发泡材料。

Description

一种地聚物开孔发泡材料及其制备方法和应用
技术领域：
本发明属于发泡材料制备范围，具体涉及一种制备地聚物开孔发泡材料的方法。
背景技术：
地质聚合物是一种新型绿色无机胶凝材料，最早由法国学者Joseph Davdovists提出。地聚物可由含活性硅铝材料的物质(比如偏高岭土，粉煤灰，炉渣、尾矿等)在常温或较低温度下由碱溶液激发生成。地聚物由于具有特殊的无机缩聚三维网络结构，使其兼有水泥、玻璃和陶瓷的性能特点，具有高强、耐高温、防水、耐酸碱腐蚀等特性。由于这一系列独特的优点，地聚物在近年来受到越来越多的关注，其研究领域被大大拓宽，逐渐从常规实验制备转向更具体的应用研究，如用作建筑防火耐热保温材料、发泡多孔材料、水处理、空气净化、重金属固化、催化剂载体等。特别是在制作发泡材料方面更是成为研究热点。
发泡材料的孔隙有开口贯通孔隙(开孔)、闭合孔隙(闭孔)等形式。开孔发泡材料泡孔与泡孔之间互相连通，或完全连通，单维或三维都能通过气体或液体。闭孔发泡材料的泡孔独立，泡孔与泡孔之间有孔壁隔开，不相互连通。
地聚物闭孔发泡材料的研究居多；开孔发泡材料制备与性能方面的研究较少。现有技术报道，有报道通过加大水胶比使多余的水分在地聚物块体内形成一定量的泌水通道，利用这些通道联通相互独立的泡孔，形成开孔材料。此类方法制得的地聚物开孔发泡材料联通孔径小且不可控，开孔率也较小。
发明内容：
为解决现有地聚物发泡材料大多为闭孔、开孔率低且不可控的技术不足，本发明提供了一种地聚物开孔发泡材料的制备方法，旨在制得具有丰富开孔结构、且开孔率高、开孔联通孔孔径可调的地聚物发泡材料。
本发明第二目的在于，提供一种所述的制备方法制得的地聚物发泡材料。
本发明第三目的在于，提供所述的地聚物发泡材料在重金属吸附、催化剂负载领域的应用。
本发明发明目的在于创新地提供一种可以制备具有丰富开孔结构的地聚物发泡材料。不同于闭孔发泡材料，大量开孔结构的存在容易导致孔隙坍塌，为克服这些技术难题，本发明人进行了大量探索，终于发现，在十二烷基苯磺酸钠辅助下进行发泡，进一步控制其用量、发泡剂及其用量等参数的控制，可以出人意料地获得具有丰富开孔孔隙结构的发泡材料，调控材料容重，开孔孔径、改善开孔孔隙结构，避免开孔结构坍塌，本发明技术方案为：
一种地聚物开孔发泡材料的制备方法，将包含地聚物原料、碱激发剂、过氧化氢、十二烷基苯磺酸钠的原料浆液进行发泡，即得；
所述的原料浆液中，十二烷基苯磺酸钠为地聚物原料质量的0.2-1％；
H2O2为地聚物原料重量的0.01-5％。
本发明解决了现有方法制得的发泡材料大多为闭孔结构，为数不多的制得的开孔结构的发泡材料还存在开孔率不可控，孔隙分布不均匀及孔隙率难以调控等关键问题。本发明创新地利用十二烷基苯磺酸钠对气孔结构的调控，进一步通过对十二烷基苯磺酸钠其用量、发泡剂及其用量等参数的协同控制，可以出人意料地制备出了比表面积大，气孔分布均匀，联通孔孔径较大的地聚物开孔发泡材料。通过本发明制备的地聚物开孔发泡材料气孔分布均匀，开孔率大，孔隙率可控易调节，可以制备孔隙率在10—88％的地聚物开孔发泡材料。本发明制得的开孔发泡材料，其独特的开孔结构允许液体或气体在材料内部自由流动，在用于块体吸附剂时在重金属离子吸附方面与粉末地聚物能力相当，更是一种极具潜能的催化剂载体。
通常情况下，起泡剂形成的微小气泡会兼并产生大气泡然后上浮溢出浆料，这就容易导致无法形成均匀稳定的开孔泡沫材料。通过本发明人研究发现，大部分表面活性剂制备的地聚物发泡材料，其孔隙之间是闭合不连通的，制备出的泡沫材料即为闭孔发泡材料。为解决该问题，本发明创新地在十二烷基苯磺酸钠剂存在下进行发泡，浆液中的气泡得以稳定的存在且兼并作用受到极大的抑制，如此可以意外获得具有丰富开孔孔隙且气孔均匀分布，联通孔孔径可控的发泡材料。
本发明中，将地聚物原料与碱激发剂和水以一定比例混合，然后将加入十二烷基苯磺酸钠和双氧水，混合得所述的原料浆液。
本发明所述的十二烷基苯磺酸钠和H2O2可以分别添加，也可预选混合后再添加。
优选地，预先将十二烷基苯磺酸钠和H2O2混合后，再投加至包含地聚物原料和碱激发剂的溶液中。本发明人意外发现，如此，有助于进一步利于发泡材料开孔结构的形成以及形态的控制。
本发明人进一步研究发现，控制十二烷基苯磺酸钠的用量，可进一步调控开孔孔隙的孔结构，还有助于避免开孔结构塌陷。
作为优选，十二烷基苯磺酸钠为地聚物原料0.2-0.4％。本发明人研究发现，控制在该优选的比例下，更有助于开孔孔隙的形成，还有助于提升开孔率，扩大联通孔孔径，不仅如此，还有助于避免开孔结构塌陷。
所述的H2O2可由双氧水添加，双氧水的浓度没有特别要求。
作为优选，H2O2为地聚物原料重量的0.01-4.5％。研究发现，在该优选的比例范围下，配合所述的比例的十二烷基苯磺酸钠，可以协同形成开孔结构，较大的过氧化氢存在，容易导致形成的开孔塌陷。
进一步优选，H2O2为地聚物原料重量的1-4％；更进一步优选为1～2％。研究发现，在该优选的范围下，和所述的十二烷基苯磺酸钠的协同效果更优，更利于形成开孔孔隙，不仅如此，还有助于提升开孔的联通孔的孔径以及提升孔径均匀性，有助于避免开孔塌陷。
本发明研究还发现，除了所述的十二烷基苯磺酸钠的创新使用以及和双氧水用量的控制外，再进一步控制地聚物原料、碱激发剂的模数以及水灰比等参数，可以达到协同作用，有利于出人意料地获得开孔材料，不仅如此，还有助于显著改善孔隙结构。
所述的地聚物原料优选为含有无定形硅铝材料的地聚物原料。
作为优选，地聚物原料为粉状的富含活性硅铝材料。
作为优选，地聚物原料中氧化硅含量为5-80％，氧化铝含量为5-85％，氧化硅与氧化铝比例为0.1-10。
进一步优选，所述的地聚物原料粒度为D50为0.1-200um；优选为40～45um。
作为优选，所述的地聚物原料为粉煤灰和/或偏高岭土。
所述的水玻璃为钠基水玻璃和/或钾基水玻璃(水玻璃：M2O·nSiO2；M为钠和/或钾)。
进一步优选，所述的水玻璃模数为1.0-2.0；优选为1.2-2.0。控制在该优选的模数下，得到的材料的性能更优。
以水玻璃中碱金属氧化物重量计(M2O计)，碱激发剂为地聚物原料重量的5—15wt％；优选为8～12wt％。
本发明制备体系中，对水的用量进行控制，有助于开孔孔隙、以及开孔结构均具有较大影响。
作为优选，所述的原料浆液中，水灰比为20-45％(质量比)；进一步优选为35-40％。
本发明中，将原料浆液倒入磨具中，在一定温度下发泡，固化形成块体开孔地聚物发泡材料。
作为优选，发泡的温度为25～70℃，优选为35～40℃。
作为优选，发泡时间为0.2～4h；优选为1～2h。
本发明所述的制备方法，还包括对发泡得到的材料进行养护的步骤。
本发明优选的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：地聚物制备原料与药剂准备
将含有一定量无定形硅铝材料的地聚物制备原料粉磨至一定粒度；将一定量氢氧化钠或氢氧化钾溶解在硅酸钠溶液中形成一定模数的水玻璃作为碱激发剂；将一定量十二烷基苯磺酸钠溶解在水中或双氧水备用，在双氧水溶液中制备具有独特稳泡效果的发泡剂溶液。
步骤(2)：开孔地聚物发泡浆料制备
将地聚物原料与碱激发剂和水以一定比例(与原料灰质量比)混合后置于搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将发泡剂倒入搅拌机中再搅拌3min，使浆料与发泡剂(十二烷基苯磺酸钠与双氧水的混合物)均匀混合后将均匀的浆料倒入磨具中，在一定温度下发泡，固化形成块体开孔地聚物发泡材料。
其中碱激发剂用量为5—15％(硅酸钠中氧化钠质量)，十二烷基苯磺酸钠用量为0.2-1％，双氧水用量为0.01-5％，水灰比(包含激发剂与双氧水中含有的水质量)为20-45％。浆料固化(发泡)温度为25-70℃；固化时间为10-120min。
步骤(3)：开孔地聚物发泡材料的养护
将固化后的地聚物以一定的方式养护一定时间，使地质聚合反应充分进行。养护方式为恒温恒湿标准养护箱养护，高温养护和空气养护，但不限于此；或将几种养护方式组合进行。
其中标准养护箱养护温度为25℃，湿度为90％相对湿度，时间为0—30d；高温养护温度为20—80℃，时间为0—10d；空气养护为空气环境，室温养护0-100d。
本发明还提供了所述的制备方法制得的地聚物开孔发泡材料。
优选地，所述的地聚物开孔发泡材料的容重为0.3—2g/cm3。
本发明还提供了一种所述的地聚物开孔发泡材料的应用，将其作为吸附材料(块状开孔吸附材料)。
优选地，将所述的地聚物开孔发泡材料用作重金属的吸附剂、催化剂载体。
本发明所述的地聚物开孔发泡材料具有丰富开孔结构，且孔径均匀，开孔率高，因其独特的联通孔结构，与环境较大的接触面积，在作为块体重金属吸附，催化剂载体方面具有巨大的应用潜能。
本发明的突出之处在于通过选择十二烷基苯磺酸钠对发泡地聚物材料气孔结构的调控，出人意料地生成具有均匀联通孔结构(开孔结构)的地聚物发泡材料。本发明是一种绿色，节能，简便制备开孔地聚物发泡材料的方法，其优点在于：
(1)提出采用十二烷基苯磺酸钠为稳泡剂，制备出开孔地聚物发泡材料，是目前唯一一种通过稳泡剂形成开孔结构的方法。
(2)本发明通过改变双氧水掺入量即可调节发泡材料孔隙率，孔径大小；调节方便，气孔结构可控；制得的材料的容重可低至0.3g/cm3。
(3)本发明通过改变稳泡剂用量即可调节气孔形态，分布等参数。
(4)本发明可以使用的粉煤灰，偏高岭土等废弃物为地聚物原料，是一种有效处理大宗固废的方法，变废为宝。
(5)本发明材料制备过程绿色，安全，无废弃物，污染物产生。
(6)本发明制备出的材料，在块体吸附剂，催化剂载体等方面具有极大的潜能。
(7)本发明原料来源广，只要含有一定量无定形硅铝材料固体材料均可制备出相应开孔地聚物发泡材料。
附图说明
图1为实施例1制得的地聚物开孔发泡材料的照片；
图2为实施例1制得的地聚物开孔发泡材料的SEM图；
图3为对比例4制得的地聚物开孔发泡材料的照片以及SEM图；
图4为对比例5制得的地聚物开孔发泡材料的照片以及SEM图；
图5为应用例1过滤次数对铅离子去除率的影响测试图。
具体实施方式：
下面举例对本发明进行进一步的说明，但不限于此。
实施例1：
制备容重为0.3g/cm3的粉煤灰基地聚物开孔发泡材料(模数1.5，掺量8％，水胶比37％，双氧水2％，十二烷基苯磺酸钠0.2％)：
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒5.63g溶于46.21g模数为3.3，含量33％的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；将0.2g十二烷基苯磺酸钠溶于6.67g浓度为30％的双氧水中，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并固化。将固化后的发泡试块放置在恒温恒湿标准养护箱中在25℃，相对湿度为90％的环境下养护20d，之后将试块脱模，即制得容重为0.3g/cm3的粉煤灰基地聚物开孔发泡材料。
本案例制得的地聚物开孔发泡材料的照片见图1所示，SEM图见图2.从图可知，本发明制得了具有联通孔的开孔材料。
实施例2
和实施例1相比，主要区别在于，模数调整为1.0：
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒7.19g溶于30.81g模数为3.3，含量33％的工业水玻璃中配制模数为1.0的水玻璃碱激发剂；于6.67g浓度为30％的双氧水中加入9.69g去离子水(此时水玻璃和双氧水溶液中含的水总量为粉煤灰质量的的37％，即水胶比依然为37％)，并在其中溶解0.2g十二烷基苯磺酸钠，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并固化。将固化后的发泡试块放置在恒温恒湿标准养护箱中在25℃，相对湿度为90％的环境下养护20d，之后将试块脱模，结果发现，所得开孔发泡材料容重高于0.3g/cm3，为0.5g/cm3，且材料泡孔大小，分布不均，主要是因为低模数下激发剂碱含量较高，双氧水发泡速率较快造成较差的稳泡效果。
实施例3
十二烷基苯磺酸钠加入量为0.1％(模数1.5，掺量8％，水胶比37％，双氧水2％，十二烷基苯磺酸钠0.1％)：
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒5.63g溶于46.21g模数为3.3，含量33％的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；将0.1g十二烷基苯磺酸钠溶于6.67g浓度为30％的双氧水中，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并等待固化。因稳泡剂不足，较多气泡发生兼并，使生成发泡材料泡孔大小，分布不均匀。
实施例4：
十二烷基苯磺酸钠加入量为1％(模数1.5，掺量8％，水胶比37％，双氧水2％，十二烷基苯磺酸钠1％)：
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒5.63g溶于46.21g模数为3.3，含量33％的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；将1g十二烷基苯磺酸钠混于6.67g含量为30％的双氧水中，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并固化。将固化后的发泡试块放置在恒温恒湿标准养护箱中在25℃，相对湿度为90％的环境下养护20d，之后将试块脱模，由于十二烷基苯磺酸钠在双氧水溶液中溶解度较小，混合后得到不均匀的悬浊液，其稳泡效果不均匀，制得粉煤灰基地聚物开孔材料泡孔大小，分布不均匀。
实施例5
和实施例1相比，区别在于，H2O2为地聚物原料的1％(模数1.5，掺量8％，水胶比37％，双氧水1％，十二烷基苯磺酸钠0.2％)。
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒5.63g溶于46.21g模数为3.3，含量33％的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；于3.33g浓度为30％的双氧水中加入2.71g去离子水(此时水玻璃和双氧水中含的水为粉煤灰质量的37％左右，不再另加水，则水胶比为37％)，将0.2g十二烷基苯磺酸钠溶于稀释的双氧水中制备具有稳泡效果的发泡剂，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并固化。将固化后的发泡试块放置在恒温恒湿标准养护箱中在25℃，相对湿度为90％的环境下养护20d，之后将试块脱模，即制得容重为0.7g/cm3的粉煤灰基地聚物开孔发泡材料。
实施例6
和实施例1相比，区别在于，H2O2为地聚物原料的0.5％(模数1.5，掺量8％，水胶比37％，双氧水0.5％，十二烷基苯磺酸钠0.2％)。
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒5.63g溶于46.21g模数为3.3，含量33％的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；于1.67g浓度为30％的双氧水中加入4.87g去离子水(此时水玻璃和双氧水中含的水为粉煤灰质量的37％左右，不再另加水，则水胶比为37％)，将0.2g十二烷基苯磺酸钠溶于稀释的双氧水中制备具有稳泡效果的发泡剂，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并固化。将固化后的发泡试块放置在恒温恒湿标准养护箱中在25℃，相对湿度为90％的环境下养护20d，之后将试块脱模，因起泡剂加入量过少，产生气泡较少，使地聚物凝胶发泡不明显，所得发泡材料容重为1.7g/cm3左右。
实施例7
和实施例1相比，区别在于，水玻璃模数为2(模数2，掺量8％，水胶比37％，双氧水2％，十二烷基苯磺酸钠0.2％)。
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒4.07g溶于40.66g模数为3.3，含量为50％的工业水玻璃中配制模数为2.0的水玻璃碱激发剂；于6g浓度为30％的双氧水中加入12g去离子水(此时水玻璃和双氧水中含的水为粉煤灰质量的37％左右，不再另加水，则水胶比为37％)，将0.2g十二烷基苯磺酸钠溶于稀释的双氧水中制备具有稳泡效果的发泡剂，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并固化。将固化后的发泡试块放置在恒温恒湿标准养护箱中在25℃，相对湿度为90％的环境下养护20d，之后将试块脱模，因水玻璃模数较大，地聚物凝胶碱度相对较小，双氧水分解速度降低，导致地聚物凝胶固化之前无法充分发泡，所得地聚物开孔发泡材料容重高达0.8g/cm3。
实施例8
和实施例1相比，区别在于，碱激发剂的用量为15％。(模数1.5，掺量15％，水胶比37％，双氧水2％，十二烷基苯磺酸钠0.2％)
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒11.2g溶于60.99g模数为3.3含量为50％的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；将0.2g十二烷基苯磺酸钠溶于6g浓度为30％的双氧水中(此时水玻璃和双氧水中含的水为粉煤灰质量的37％左右，不再另加水，则水胶比为37％)，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并固化。将固化后的发泡试块放置在恒温恒湿标准养护箱中在25℃，相对湿度为90％的环境下养护20d，之后将试块脱模，因激发剂含量较大，使地聚物凝胶碱度较高，双氧水分解迅速，导致生成地聚物发泡材料泡孔大小，分布不均匀(容重为0.43g/cm3左右)，且因过量碱无法充分反应，所得材料及时养护之后依然泛碱严重。
实施例9
和实施例1相比，区别在于，水胶比为20％。
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒5.6g溶于30.49g模数为3.3，含量50％的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；将0.2g十二烷基苯磺酸钠溶于6.67g浓度为30％的双氧水中，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并固化。将固化后的发泡试块放置在恒温恒湿标准养护箱中在25℃，相对湿度为90％的环境下养护20d，之后将试块脱模，因为水胶比较低，地聚物浆料粘度太大，导致发泡材料泡孔大小，分布不均(容重为0.47g/cm3左右)，且因水过少，地质聚合反应生成地聚物凝胶较少，所得产物对重金属离子的吸附效果不佳。
(模数1.5，掺量8％，水胶比20％，双氧水2％，十二烷基苯磺酸钠0.2％)
对比例1
其它条件不变，将水胶比改为60％：(模数1.5，掺量8％，水胶比60％，双氧水2％，十二烷基苯磺酸钠0.2％)
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒5.63g溶于46.21g模数为3.3的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；于6.67g浓度为30％的双氧水中加入24.37g去离子水(此时水玻璃和双氧水溶液中含的水总量为粉煤灰质量的的60％，即水胶比为60％)，将0.2g十二烷基苯磺酸钠溶于稀释的双氧水中制备具有稳泡效果的发泡剂，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并等待固化。结果发现水胶比过高的浆料无法固化形成地聚物材料，发泡后的浆料也陆续坍陷，无法形成理想的发泡材料。
对比例2
激发剂掺量调整为4％：(模数1.5，掺量4％，水胶比37％，双氧水2％，十二烷基苯磺酸钠0.2％)
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒2.82g溶于23.10g模数为3.3的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；于6.67g浓度为30％的双氧水中加入16.85g去离子水，将0.2g十二烷基苯磺酸钠溶于稀释的双氧水溶液中(此时水玻璃和双氧水溶液中含的水总量为粉煤灰质量的的37％，即水胶比依然为37％)，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并等待固化。结果发现激发剂掺量过低的浆料无法固化形成地聚物材料，发泡后的浆料也陆续坍陷，无法形成理想的发泡材料。
对比例3
(模数1.5，掺量8％，水胶比37％，双氧水6％，十二烷基苯磺酸钠0.2％)
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒5.63g溶于30.5g模数为3.3的50％工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；将0.2g十二烷基苯磺酸钠溶于20g浓度为30％的双氧水中，再加去离子水7.75g，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并等待固化。结果发现发泡剂发泡剧烈，气泡之间大量兼并溢出浆料，导致发泡材料塌陷。
对比例4
(模数1.5，掺量8％，水胶比37％，双氧水2％，十二烷基磺酸钠0.2％)
采用十二烷基磺酸钠替换十二烷基苯磺酸钠：
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒5.63g溶于46.21g模数为3.3的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；将0.2g十二烷基磺酸钠溶于6.67g浓度为30％的双氧水中，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并固化。将固化后的发泡试块放置在恒温恒湿标准养护箱中在25℃，相对湿度为90％的环境下养护20d，之后将试块脱模，即制得容重为0.3g/cm3左右的粉煤灰基地聚物闭孔发泡材料。(如下图3)
对比例5
采用油酸钠替换十二烷基苯磺酸钠：
(模数1.5，掺量8％，水胶比37％，双氧水2％，油酸钠0.2％)
取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒5.63g溶于46.21g模数为3.3的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；将0.2g油酸钠溶于6g浓度为30％的双氧水中，配制具有稳泡效果的发泡剂。
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀。将均匀浆料倒入钢制磨具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并固化。将固化后的发泡试块放置在恒温恒湿标准养护箱中在25℃，相对湿度为90％的环境下养护20d，之后将试块脱模，即制得容重为0.3g/cm3左右的粉煤灰基地聚物闭孔发泡材料。(如下图4)
应用例1
按实施例一中参数制备开孔地聚物发泡材料，采用浇筑法在地聚物处于凝胶状态时注入自制过滤容器中，制备开孔发泡地聚物整块滤料如图1所示。准备1L浓度为200mg/L的铅离子溶液，将溶液从过滤装置上部缓慢倒入，使铅离子溶液通过整块滤料从装置底部流出，将装置流量控制在1.67ml/s左右，将过滤后的溶液再次过滤，循环七次，并检测每次过滤后溶液铅离子浓度，并计算去除率，测试结果见图5。
开孔发泡地聚物孔隙间通道密布，水溶液极易穿透。滤料对铅离子去除率影响如上图所示。通过控制过滤装置流速，过滤1L铅离子溶液耗时10分钟，过滤速度较快。第一次过滤后，滤液铅离子浓度为65.36mg/L，去除率为67.32％；经三次过滤后铅离子去除率就在99％以上，4次过滤对铅离子去除效果达99.9％以上，滤液残留铅离子浓度不到0.15mg/L，达到排放标准。可见本装置对铅离子去除效果好。
应用例2
配置100mg/L硝酸铅溶液作为模拟重金属废水，将溶液pH保持在4-5，取不同工艺条件(实施例2～9以及对比例1～5)制备地聚物发泡材料0.1g作为块状吸附剂，投加到模拟废水中，在25摄氏度条件下，震荡3h，考察不同工艺制备的材料对铅离子的静态吸附效果，测试结果见表一。
Figure BDA0001849425500000121
Figure BDA0001849425500000131
通过所述的实施例以及对比例可以发现，采用本发明的技术方案，可以制得具有联通孔的吸附材料，该材料表现出更优的静态吸附以及动态吸附性能。不仅如此，本发明还发现，十二烷基苯磺酸钠为地聚物原料质量的0.2-0.4％；H2O2为地聚物原料重量的1-2％；水玻璃模数为1.0-2.0；碱激发剂按碱金属氧化物重量计算，其用量为地聚物原料重量的8～12wt％；水灰比为35-40％时，制得的材料的吸附性能更优。

Claims (7)

1.一种地聚物开孔发泡材料的制备方法，其特征在于，将包含地聚物原料、碱激发剂、过氧化氢、十二烷基苯磺酸钠的原料浆液进行发泡，即得；
十二烷基苯磺酸钠为地聚物原料质量的0.2-0.4％；
H2O2为地聚物原料重量的1-2％；
所述的碱激发剂为水玻璃；水玻璃模数为1.2-2.0；
碱激发剂按碱金属氧化物重量计算，其用量为地聚物原料重量的8—12wt％；
所述的原料浆液中，水灰比为20-55wt％。
2.如权利要求1所述的地聚物开孔发泡材料的制备方法，其特征在于，地聚物原料中氧化硅含量为5-80％，氧化铝含量为5-85％，氧化硅与氧化铝比例为0.1-10。
3.如权利要求1所述的地聚物开孔发泡材料的制备方法，其特征在于，所述的原料浆液中，水灰比为35-45wt％。
4.如权利要求1所述的地聚物开孔发泡材料的制备方法，其特征在于，发泡的温度为25～70℃；发泡时间为0.2～4h；
对发泡得到的材料进行养护处理。
5.如权利要求1所述的地聚物开孔发泡材料的制备方法，其特征在于，取100g氧化铝、氧化硅含量分别为18.2％，50.4％的粉煤灰，用水泥试验磨粉磨30min至粒度为D50＝45um；将氢氧化钠颗粒5.63g溶于46.21g模数为3.3，含量33％的工业水玻璃中配制模数为1.5的水玻璃碱激发剂；将0.2g十二烷基苯磺酸钠溶于6.67g浓度为30％的双氧水中，配制具有稳泡效果的发泡剂；
按上述用量将粉煤灰与碱激发剂混合，置于水泥净浆搅拌机中搅拌2min使浆料初步混合，然后将配置好的发泡剂倒入浆料中，再搅拌3min使浆料充分均匀；将均匀浆料倒入钢制模具中在35℃下放置2h至浆料充分发泡并固化；将固化后的发泡试块放置在恒温恒湿标准养护箱中在25℃，相对湿度为90％的环境下养护20d，之后将试块脱模，即制得容重为0.3g/cm3的粉煤灰基地聚物开孔发泡材料。
6.一种权利要求1～5任一项制备方法制得的地聚物开孔发泡材料，其特征在于，为呈块状的多孔结构，其孔隙结构为开孔结构；
所述的地聚物开孔发泡材料容重为0.3—2g/cm3。
7.一种权利要求1～5任一项制备方法制得的地聚物开孔发泡材料的应用，其特征在于，将其作为吸附材料。
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