CN113402211A - 一种具有净水功能的水泥基材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有净水功能的水泥基材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：(1)制备多孔载体：净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠，加水，得到球形颗粒；干燥，焙烧，制得多孔载体；(2)制备水泥基材料：取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌培养，加入高效转化剂，干燥，混合得到复合菌剂；将复合菌剂与多孔载体拌合，加入水泥、砂、水，制得水泥基材料。本发明通过与传统的添加多种药剂方法相比，通过污水处理池的水泥基材料降解有机物、去除多金属离子，复合菌剂可将有机物分解为二氧化碳和水，并加速二氧化碳水合反应与多金属离子形成矿物沉积，实现多污染物的同时修复，修复效果更好、工艺便捷。

Description

一种具有净水功能的水泥基材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉水处理技术领域，具体为一种具有净水功能的水泥基材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着社会经济水平的提高，人们的基础生活条件得到改善，自来水作为人类赖以生存的重要生活物质，对人们的正常生活和身体健康有着直接的影响。为了保证自来水的安全性，保证向民众提供安全、优质的自来水，自来水的处理是极其关键环节。就生活用水(或城镇公共给水)而论，取自高质量水源(井水或防护良好的给水专用水库)的原水，只需消毒即为成品水；取自一般河流或湖泊的原水，先要去除泥沙等致浊杂质，然后消毒；污染较严重的原水，还需去除有机物等污染物；含有铁、锰的原水(例如某些井水)，需要去除铁、锰。生活用水可以满足一般工业用水的水质要求，但工业用水有时需要进一步的加工，如进行软化、除盐等。目前，对于污水处理一般来说包含以下三级处理：一级处理是它通过机械处理，如格栅、沉淀或气浮，去除污水中所含的石块、砂石和脂肪、铁离子、锰离子、油脂等；二级处理是生物处理，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和转化为污泥；三级处理是污水的深度处理，它包括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。可能根据处理的目标和水质的不同，有的污水处理过程并不是包含上述所有过程。上述方法在污水净化方面效果显著，但普遍存在成本高、工艺复杂、周期长等诸多问题，亟需研发净化效果优越、工艺便捷且价格低廉的新材料和新技术。因此，我们提出一种具有净水功能的水泥基材料及其制备方法和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有净水功能的水泥基材料及其制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有净水功能的水泥基材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：
(1)制备多孔载体：
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨，加水拌合，造粒，得到球形颗粒；
将球形颗粒干燥，焙烧，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别进行培养，加入高效转化剂，喷雾干燥，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉，混合得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体拌合，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料；取水泥、细骨料、水混合，制得水泥基材料。
进一步的，包括以下步骤：
(1)制备多孔载体：
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨成粉末，加水拌合成浆体，造粒，得到粒径为2～5mm球形颗粒；
将球形颗粒干燥，预热，预热工艺为：预热温度190～210℃、预热时间10～15m，焙烧，自然冷却至常温，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，恒温培养24～48h，加入高效转化剂，喷雾干燥，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，置于负压条件下充分拌合，拌合时间30～50min，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料；取水泥、细骨料、水混合，制得水泥基材料。
进一步的，所述步骤(1)中净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠、水的质量比为100：(5～20)：(1～5)：(5～20)：(1～10)：(10～50)。
进一步的，所述步骤(1)中干燥工艺为：干燥温度90～110℃、干燥时间12～24h，焙烧工艺为：焙烧温度1080～1120℃、焙烧时间10～30min。
进一步的，所述步骤(2)中的培养基包括以下重量组分：去离子水1000mL、蛋白胨5～10g、酵母1～3g、牛肉浸取物1～5g；所述高效转化剂为氯化锰，添加量为1～5g/L；所述喷雾干燥工艺为：温度为105～110℃、速度为5～20mL/min。
进一步的，所述步骤(2)中复合菌剂与多孔载体的质量比为(1～10)：100；所述复合菌剂中铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉的质量比为(1～1.5)：(1～1.5)：2；所述水泥、细骨料、水的质量比为2：6：1，所述细骨料中复合物的重量占比为1％～15％。
在上述技术方案中，将净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨，加水拌合，造粒后干燥、焙烧，其中碳酸氢钠在焙烧中产生二氧化碳，对造粒后的球形颗粒进行制孔，制得多孔载体，上述物料的比例配合、制备及工艺参数的设定，使得所制多孔载体具有高比表面积、孔隙分布和较好的的强度等性能，利于复合菌剂在其上的负载，且不会对所制水泥基材料在污水处理池的强度等性能造成负面影响；
培养铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌，制备得到芽孢菌粉，在负压条件下多孔载体孔隙中的空气被抽出，芽孢菌粉进入孔隙中，制得水泥基材料，并替代部分细骨料，加入混凝土，应用于污水处理池的建造中；当该污水处理池使用时，水泥基材料与污水接触，复合菌剂中的铜绿假单胞菌能够将污水中的大分子有机物降解，得到小分子有机物，苏云金芽孢杆菌将小分子分解为二氧化碳和水，节杆菌加速二氧化碳和水间的水合反应，形成碳酸根离子；由因污水处理池、水泥基材料中孔隙的吸附作用，水泥基材料组分中四氧化三铁、凹凸棒土的磁性吸引，复合菌剂的负电性，吸引污水中的重金属离子，使得生成的碳酸根离子与重金属离子接触反应，形成碳酸盐矿物，固定于水泥基材料及污水处理池的孔隙中，实现对污水的处理。
进一步的，所述步骤(1)中四氧化三铁由以下工艺制得：
取硫酸亚铁、硫酸铁加入去离子水，于42～48℃温度下搅拌13～17min，加入氨水调节体系pH至10.8～11.5，取沉淀物洗涤至中性；加入去离子水、氧化钙，超声处理20～30min，加入氯化铝，超声反应120～150min，静置40～60min，取沉淀物洗涤、干燥、过滤，得到四氧化三铁。
其中硫酸亚铁、硫酸铁的摩尔质量相同，铁离子与氧化钙的摩尔质量比为2:3，氯化铝与氧化钙的摩尔质量比为1:3；将硫酸亚铁、硫酸铁生成的磁性材料四氧化三铁颗粒在去离子水中与氯化铝、氧化钙共混，制得具有水滑石结构性能的磁性材料；作为多孔载体的组分焙烧后，保留其层状结构，能够提高所制多孔载体的比表面积，促进对污水中有机物的吸附，并能够吸附环境中的二氧化碳，促进碳酸根离子的形成加速，提高污水处理效率；且所制水泥基材料在与细骨料混合，制备污水处理池时，能够吸附体系中的二氧化碳，提高所制混凝土的抗碳化性能。
进一步的，所述步骤(2)包括以下制备工艺：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，恒温培养24～48h，加入高效转化剂，喷雾干燥，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；
取氯化锰、2-喹啉甲酸混合均匀，于1000～1200g/min的气流流速中循环反应8～15min，压力为1.2～1.8MPa，利用去离子水、无水乙醇洗涤，55～65℃真空干燥12h；以4～6/min的升温速率加热至450～500℃保温40～60min，自然冷却至室温，无水乙醇洗涤，干燥；与铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，以4～6/min的升温速率加热至60～80℃保温20～30min，得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，置于负压条件下充分拌合，拌合时间30～50min，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料；取水泥、细骨料、水混合，制得水泥基材料。
其中氯化锰、2-喹啉甲酸的摩尔质量比为1:2；利用高压空气产的超高速气流使得氯化锰、2-喹啉甲酸相互摩擦、碰撞，再进行高温处理产生金属有机框架，与芽孢菌粉混合，促进其与芽孢菌粉中高效转化剂氯化锰的连接，将芽孢菌粉包裹与框架连接，减少外界环境对上述微生物的损害；所制复合菌剂在于多孔载体混合时，因多孔载体与框架间的相互作用，提高复合菌剂在多孔载体上的负载能力和负载量；并因其对水的亲和性，又因其能够对环境中的二氧化碳进行吸附，使得复合菌剂对二氧化碳的水合反应得到促进，加速碳酸根离子的形成，对重金属离子产生吸引，提高污水处理效率；在作为水泥基材料应用于污水处理池中时，能够作为晶核，促进细骨料的水化，提高所制混凝土的力学性能。
进一步的，以上述任意制备方法制得的一种具有净水功能的水泥基材料，能够在污水处理池内墙组分中，替换细骨料重量比例的1％～15％，制备污水处理池用于水处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明的具有净水功能的水泥基材料，通过与传统的添加多种药剂方法相比，通过污水处理池的水泥基材料降解有机物、去除多金属离子，复合菌剂可将有机物分解为二氧化碳和水，并加速二氧化碳水合反应与多金属离子形成矿物沉积，实现多污染物的同时修复，修复效果更好、工艺便捷。
2.本发明的具有净水功能的水泥基材料的制备方法，通过水泥基材料中的凹凸棒土、四氧化三铁可有效富集水中的多金属，通过复合菌剂分解有机物形成的产物沉积重金属，有效阻止重金属离子的迁移，实现污水处理。
3.本发明的具有净水功能的水泥基材料的应用，通过采用净化沉积淤泥制备载体，实现了废弃资源的综合利用，有效降低了净化淤泥长期堆置对环境造成的风险；且本发明制备工艺简单，原材料来源广泛，制造成本较低，无二次污染，生态性能好，应用前景较好。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明中实施例1有机物、重金属浓度与时间的关系图；
图2是本发明中实施例3有机物、重金属浓度与时间的关系图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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做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
(1)制备多孔载体：
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨成粉末，加水拌合成浆体，造粒，得到粒径为5mm球形颗粒；其中净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠、水的质量比为100：10：3：10：5：20；
将球形颗粒干燥，预热，焙烧，自然冷却至常温，其中干燥工艺为：干燥温度105℃、干燥时间12h，预热工艺为：预热温度200℃、预热时间10m，焙烧工艺为：焙烧温度1100℃、焙烧时间10min，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，其中培养基包括以下重量组分：去离子水1000mL、蛋白胨8g、酵母2g、牛肉浸取物2g，恒温培养24h，加入高效转化剂氯化锰，添加量为2g/L，喷雾干燥，工艺为：温度为1051℃、速度为10mL/min，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉的质量比为1：1：2，得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，复合菌剂与多孔载体的质量比为5：100，置于负压条件下充分拌合，拌合时间30min，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料，细骨料中复合物的重量占比为5％；取水泥、细骨料、水混合，其中水泥450g、砂1282.5g、水225g、复合物67.5g，制得水泥基材料。
实施例2
(1)制备多孔载体：
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨成粉末，加水拌合成浆体，造粒，得到粒径为4mm球形颗粒；其中净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠、水的质量比为100：12：3：12：5：30；
将球形颗粒干燥，预热，焙烧，自然冷却至常温，其中干燥工艺为：干燥温度100℃、干燥时间18h，预热工艺为：预热温度200℃、预热时间12m，焙烧工艺为：焙烧温度1100℃、焙烧时间20min，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，其中培养基包括以下重量组分：去离子水1000mL、蛋白胨12g、酵母2g、牛肉浸取物3g，恒温培养36h，加入高效转化剂氯化锰，添加量为3g/L，喷雾干燥，工艺为：温度为108℃、速度为12mL/min，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉的质量比为1.2：1.2：2，得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，复合菌剂与多孔载体的质量比为5：100，置于负压条件下充分拌合，拌合时间40min，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料，细骨料中复合物的重量占比为6％；取水泥、细骨料、水混合，其中水泥450g、砂1269g、水225g、复合物81g，制得水泥基材料。
实施例3
(1)制备多孔载体：
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨成粉末，加水拌合成浆体，造粒，得到粒径为4mm球形颗粒；其中净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠、水的质量比为100：20：5：20：10：50；
将球形颗粒干燥，预热，焙烧，自然冷却至常温，其中干燥工艺为：干燥温度110℃、干燥时间24h，预热工艺为：预热温度210℃、预热时间15m，焙烧工艺为：焙烧温度1120℃、焙烧时间30min，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，其中培养基包括以下重量组分：去离子水1000mL、蛋白胨10g、酵母3g、牛肉浸取物5g，恒温培养48h，加入高效转化剂氯化锰，添加量为5g/L，喷雾干燥，工艺为：温度为110℃、速度为20mL/min，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉的质量比为1.5：1.5：2，得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，复合菌剂与多孔载体的质量比为10：100，置于负压条件下充分拌合，拌合时间50min，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料，细骨料中复合物的重量占比为7％；取水泥、细骨料、水混合，其中水泥450g、砂1255.5g、水225g、复合物94.5g，制得水泥基材料。
实施例4
(1)制备多孔载体：
取硫酸亚铁、硫酸铁加入去离子水，于42℃温度下搅拌13min，加入氨水调节体系pH至10.8，取沉淀物洗涤至中性；加入去离子水、氧化钙，超声处理20min，加入氯化铝，超声反应120min，静置40min，取沉淀物洗涤、干燥、过滤，得到四氧化三铁；
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨成粉末，加水拌合成浆体，造粒，得到粒径为4mm球形颗粒；其中净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠、水的质量比为100：20：5：20：10：50；
将球形颗粒干燥，预热，焙烧，自然冷却至常温，其中干燥工艺为：干燥温度110℃、干燥时间24h，预热工艺为：预热温度210℃、预热时间15m，焙烧工艺为：焙烧温度1120℃、焙烧时间30min，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，其中培养基包括以下重量组分：去离子水1000mL、蛋白胨10g、酵母3g、牛肉浸取物5g，恒温培养48h，加入高效转化剂氯化锰，添加量为5g/L，喷雾干燥，工艺为：温度为110℃、速度为20mL/min，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉的质量比为1.5：1.5：2，制得芽孢菌粉；
取氯化锰、2-喹啉甲酸混合均匀，于1000g/min的气流流速中循环反应8min，压力为1.2MPa，利用去离子水、无水乙醇洗涤，55℃真空干燥12h；以4/min的升温速率加热至450℃保温40min，自然冷却至室温，无水乙醇洗涤，干燥；与芽孢菌粉混合，以4/min的升温速率加热至60℃保温20min，得到复合菌剂；得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，复合菌剂与多孔载体的质量比为10：100，置于负压条件下充分拌合，拌合时间50min，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料，细骨料中复合物的重量占比为7％；取水泥、细骨料、水混合，其中水泥450g、砂1255.5g、水225g、复合物94.5g，制得水泥基材料。
实施例5
(1)制备多孔载体：
取硫酸亚铁、硫酸铁加入去离子水，于45℃温度下搅拌15min，加入氨水调节体系pH至11.1，取沉淀物洗涤至中性；加入去离子水、氧化钙，超声处理25min，加入氯化铝，超声反应135min，静置50min，取沉淀物洗涤、干燥、过滤，得到四氧化三铁；
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨成粉末，加水拌合成浆体，造粒，得到粒径为2mm球形颗粒；其中净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠、水的质量比为100：20：5：20：10：50；
将球形颗粒干燥，预热，焙烧，自然冷却至常温，其中干燥工艺为：干燥温度110℃、干燥时间24h，预热工艺为：预热温度210℃、预热时间15m，焙烧工艺为：焙烧温度1120℃、焙烧时间30min，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，其中培养基包括以下重量组分：去离子水1000mL、蛋白胨10g、酵母3g、牛肉浸取物5g，恒温培养48h，加入高效转化剂氯化锰，添加量为5g/L，喷雾干燥，工艺为：温度为110℃、速度为20mL/min，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉的质量比为1.5：1.5：2，制得芽孢菌粉；
取氯化锰、2-喹啉甲酸混合均匀，于1100g/min的气流流速中循环反应11min，压力为1.5MPa，利用去离子水、无水乙醇洗涤，60℃真空干燥12h；以5/min的升温速率加热至475℃保温50min，自然冷却至室温，无水乙醇洗涤，干燥；与芽孢菌粉混合，以5/min的升温速率加热至70℃保温25min，得到复合菌剂；得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，复合菌剂与多孔载体的质量比为10：100，置于负压条件下充分拌合，拌合时间50min，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料，细骨料中复合物的重量占比为7％；取水泥、细骨料、水混合，其中水泥450g、砂1255.5g、水225g、复合物94.5g，制得水泥基材料。
实施例6
(1)制备多孔载体：
取硫酸亚铁、硫酸铁加入去离子水，于48℃温度下搅拌17min，加入氨水调节体系pH至11.5，取沉淀物洗涤至中性；加入去离子水、氧化钙，超声处理30min，加入氯化铝，超声反应150min，静置60min，取沉淀物洗涤、干燥、过滤，得到四氧化三铁；
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨成粉末，加水拌合成浆体，造粒，得到粒径为2mm球形颗粒；其中净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠、水的质量比为100：20：5：20：10：50；
将球形颗粒干燥，预热，焙烧，自然冷却至常温，其中干燥工艺为：干燥温度110℃、干燥时间24h，预热工艺为：预热温度210℃、预热时间15m，焙烧工艺为：焙烧温度1120℃、焙烧时间30min，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，其中培养基包括以下重量组分：去离子水1000mL、蛋白胨10g、酵母3g、牛肉浸取物5g，恒温培养48h，加入高效转化剂氯化锰，添加量为5g/L，喷雾干燥，工艺为：温度为110℃、速度为20mL/min，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉的质量比为1.5：1.5：2，制得芽孢菌粉；
取氯化锰、2-喹啉甲酸混合均匀，于1200g/min的气流流速中循环反应15min，压力为1.8MPa，利用去离子水、无水乙醇洗涤，65℃真空干燥12h；以6/min的升温速率加热至500℃保温60min，自然冷却至室温，无水乙醇洗涤，干燥；与芽孢菌粉混合，以6/min的升温速率加热至80℃保温30min，得到复合菌剂；得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，复合菌剂与多孔载体的质量比为10：100，置于负压条件下充分拌合，拌合时间50min，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料，细骨料中复合物的重量占比为7％；取水泥、细骨料、水混合，其中水泥450g、砂1255.5g、水225g、复合物94.5g，制得水泥基材料。
对比例1
(1)制备多孔载体：
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨成粉末，加水拌合成浆体，造粒，得到粒径为2mm球形颗粒；其中净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠、水的质量比为100：20：5：20：10：50；
将球形颗粒干燥，预热，焙烧，自然冷却至常温，其中干燥工艺为：干燥温度110℃、干燥时间24h，预热工艺为：预热温度210℃、预热时间15m，焙烧工艺为：焙烧温度1120℃、焙烧时间30min，制得多孔载体，将多孔载体与砂混合，制得细骨料，细骨料中多孔载体的重量占比为7％；取水泥、细骨料、水混合，其中水泥450g、砂1255.5g、水225g、多孔载体94.5g，制得水泥基材料。
对比例2
(1)制备多孔载体：
取硫酸亚铁、硫酸铁加入去离子水，于48℃温度下搅拌17min，加入氨水调节体系pH至11.5，取沉淀物洗涤至中性；加入去离子水、氧化钙，超声处理30min，加入氯化铝，超声反应150min，静置60min，取沉淀物洗涤、干燥、过滤，得到四氧化三铁；
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨成粉末，加水拌合成浆体，造粒，得到粒径为2mm球形颗粒；其中净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠、水的质量比为100：20：5：20：10：50；
将球形颗粒干燥，预热，焙烧，自然冷却至常温，其中干燥工艺为：干燥温度110℃、干燥时间24h，预热工艺为：预热温度210℃、预热时间15m，焙烧工艺为：焙烧温度1120℃、焙烧时间30min，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，其中培养基包括以下重量组分：去离子水1000mL、蛋白胨10g、酵母3g、牛肉浸取物5g，恒温培养48h，加入高效转化剂氯化锰，添加量为5g/L，喷雾干燥，工艺为：温度为110℃、速度为20mL/min，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉的质量比为1.5：1.5：2，得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，复合菌剂与多孔载体的质量比为10：100，置于负压条件下充分拌合，拌合时间50min，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料，细骨料中复合物的重量占比为7％；取水泥、细骨料、水混合，其中水泥450g、砂1255.5g、水225g、复合物94.5g，制得水泥基材料。
对比例3
(1)制备多孔载体：
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨成粉末，加水拌合成浆体，造粒，得到粒径为2mm球形颗粒；其中净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠、水的质量比为100：20：5：20：10：50；
将球形颗粒干燥，预热，焙烧，自然冷却至常温，其中干燥工艺为：干燥温度110℃、干燥时间24h，预热工艺为：预热温度210℃、预热时间15m，焙烧工艺为：焙烧温度1120℃、焙烧时间30min，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，其中培养基包括以下重量组分：去离子水1000mL、蛋白胨10g、酵母3g、牛肉浸取物5g，恒温培养48h，加入高效转化剂氯化锰，添加量为5g/L，喷雾干燥，工艺为：温度为110℃、速度为20mL/min，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉-；
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉的质量比为1.5：1.5：2，制得芽孢菌粉；
取氯化锰、2-喹啉甲酸混合均匀，于1200g/min的气流流速中循环反应15min，压力为1.8MPa，利用去离子水、无水乙醇洗涤，65℃真空干燥12h；以6/min的升温速率加热至500℃保温60min，自然冷却至室温，无水乙醇洗涤，干燥；与芽孢菌粉混合，以6/min的升温速率加热至80℃保温30min，得到复合菌剂；得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，复合菌剂与多孔载体的质量比为10：100，置于负压条件下充分拌合，拌合时间50min，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料，细骨料中复合物的重量占比为7％；取水泥、细骨料、水混合，其中水泥450g、砂1255.5g、水225g、复合物94.5g，制得水泥基材料。
实验
取实施例1-6、对比例1-3中得到的水泥基材料，制备1000mm×1000mm×500mm水池试件，壁厚50mm，将水池试件装水养护，水中含有17.86mg/L Ca2+、21.06mg/L Hg2+、30.11mg/L二甲苯，监测水中有机物和多金属的变化规律；实验14d后，计算水中Ca2+、Hg2+、二甲苯的去除率。
Figure BDA0003149357600000121
Figure BDA0003149357600000131
根据上表中的数据，可以清楚得到以下结论：
实施例1-6中得到的水泥基材料与对比例1-3中得到的水泥基材料形成对比，检测结果可知：
1、实施例1-6中得到的水泥基材料与对比例1中得到的水泥基材料相比，实验14d对Ca2+、Hg2+、二甲苯的去除有明显提高，可知本申请所制水泥基材料能够实现对含有机物、重金属的污水处理；
2、与实施例3相比，实施例4-6均对四氧化三铁、复合菌剂增加处理工艺；与实施例6相比，对比例2未对复合菌剂进行处理，对比例3未对四氧化三铁进行处理；实验及其数据表明，本申请中对四氧化三铁、复合菌剂增加的处理工艺，能够提高本申请所制水泥基材料对含有机物、重金属的污水处理能力。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程方法物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程方法物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种具有净水功能的水泥基材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制备多孔载体：
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨，加水拌合，造粒，得到球形颗粒；
将球形颗粒干燥，焙烧，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别进行培养，加入高效转化剂，喷雾干燥，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉，混合得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体拌合，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料；取水泥、细骨料、水混合，制得水泥基材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有净水功能的水泥基材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制备多孔载体：
取净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠研磨成粉末，加水拌合成浆体，造粒，得到粒径为2～5mm球形颗粒；
将球形颗粒干燥，预热，预热工艺为：预热温度190～210℃、预热时间10～15m，焙烧，自然冷却至常温，制得多孔载体；
(2)制备水泥基材料：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，恒温培养24～48h，加入高效转化剂，喷雾干燥，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，置于负压条件下充分拌合，拌合时间30～50min，得到复合物；将复合物与砂混合，制得细骨料；取水泥、细骨料、水混合，制得水泥基材料。
3.根据权利要求2所述的一种具有净水功能的水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中净化沉积淤泥、粉煤灰、四氧化三铁、凹凸棒土、碳酸氢钠、水的质量比为100：(5～20)：(1～5)：(5～20)：(1～10)：(10～50)。
4.根据权利要求2所述的一种具有净水功能的水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中干燥工艺为：干燥温度90～110℃、干燥时间12～24h，焙烧工艺为：焙烧温度1080～1120℃、焙烧时间10～30min。
5.根据权利要求2所述的一种具有净水功能的水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的培养基包括以下重量组分：去离子水1000mL、蛋白胨5～10g、酵母1～3g、牛肉浸取物1～5g；所述高效转化剂为氯化锰，添加量为1～5g/L；所述喷雾干燥工艺为：温度为105～110℃、速度为5～20mL/min。
6.根据权利要求2所述的一种具有净水功能的水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中复合菌剂与多孔载体的质量比为(1～10)：100；所述复合菌剂中铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉的质量比为(1～1.5)：(1～1.5)：2；所述水泥、细骨料、水的质量比为2：6：1，所述细骨料中复合物的重量占比为1％～15％。
7.根据权利要求2所述的一种具有净水功能的水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中四氧化三铁由以下工艺制得：
取硫酸亚铁、硫酸铁加入去离子水，于42～48℃温度下搅拌13～17min，加入氨水调节体系pH至10.8～11.5，取沉淀物洗涤至中性；加入去离子水、氧化钙，超声处理20～30min，加入氯化铝，超声反应120～150min，静置40～60min，取沉淀物洗涤、干燥、过滤，得到四氧化三铁。
8.根据权利要求2所述的一种具有净水功能的水泥基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)包括以下制备工艺：
取铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌分别接种至培养基中，恒温培养24～48h，加入高效转化剂，喷雾干燥，得到铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、节杆菌的芽孢菌粉；
取氯化锰、2-喹啉甲酸混合均匀，于1000～1200g/min的气流流速中循环反应8～15min，压力为1.2～1.8MPa，利用去离子水、无水乙醇洗涤，55～65℃真空干燥12h；以4～6/min的升温速率加热至450～500℃保温40～60min，自然冷却至室温，无水乙醇洗涤，干燥；与铜绿假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和节杆菌的芽孢菌粉混合，以4～6/min的升温速率加热至60～80℃保温20～30min，得到复合菌剂；
将复合菌剂与多孔载体混合均匀，置于负压条件下充分拌合，拌合时间30～50min，得到复合物，将复合物与砂混合，制得细骨料；取水泥、细骨料、水混合，制得水泥基材料。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种具有净水功能的水泥基材料的制备方法制得的一种具有净水功能的水泥基材料。
10.根据权利要求9所述的一种具有净水功能的水泥基材料在污水处理领域中的应用。
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