CN113526911A - 一种多孔粉煤灰基地聚物、制备方法及其用于废水处理的用途 - Google Patents

一种多孔粉煤灰基地聚物、制备方法及其用于废水处理的用途 Download PDF

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Abstract

本发明属于废水处理材料技术领域,具体涉及一种可用于废水处理的多孔粉煤灰基地聚物,并进一步公开其制备方法及其用于废水处理的用途。本发明所述多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料,以粉煤灰为基体材料,以MnO2、H2O2、NaHCO3和铝粉为复配发泡剂,经发泡聚合反应制得所需多孔地聚物泡沫材料。本发明所述多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料,不仅可以过滤水中杂质,还可以在去除水中有害有机物和重金属离子,大大降低水中有害物质含量,具有水体净化能力强、净化速度快、净化效率高、耐久性好,使用寿命长的优势,可以替代成本相对较高的RO膜进行水体净化,大大地促进了水体净化泡沫的高效利用,并实现了固体废弃物粉煤灰的有效利用。

Description

一种多孔粉煤灰基地聚物、制备方法及其用于废水处理的 用途
技术领域
本发明属于废水处理材料技术领域,具体涉及一种可用于废水处理的多孔粉煤灰基地聚物,并进一步公开其制备方法及其用于废水处理的用途。
背景技术
随着市政建设的不断发展,可净化型混凝土材料大量的应用于城市的市政工程中,对城市雨水/废水的初步过滤发挥了重要的作用。如中国专利 CN109265108A公开的净水生态混凝土,其原料包括水泥、增强材料、乳胶粉、净水材料、净水颗粒、骨料和减水剂,该净水混凝土材料具有良好的孔隙率,具有较好的过滤效果。又如中国专利CN112573873A公开的净水生态混凝土,成型原料包括:骨料、牡蛎壳粉混合物、普通硅酸盐水泥、净水颗粒、牡蛎壳、亚硝酸钠、稳泡剂、醋酸乙烯-乙烯共聚物、胶黏剂、烷基苯磺酸钙、缓释性材料和水,得到的净水生态混凝土材料同样具有较好的过滤效果。但是,上述材料仅仅能够完成水体的初步杂质过滤,对于废水中的有机污染物和重金属离子等污染则无法进行针对性的去除。
粉煤灰比表面积大,表面疏松多孔且具有一定的活性基团,因此粉煤灰具有一定化学和物理吸附活性,其与废水中的氨氮、磷、重金属离子、染料和表面活性剂等产生吸附絮凝沉淀,近年来广泛应用于废水的净化等环境污染治理方面。
如中国专利CN111392804A公开的粉煤灰净水方法,包括将粉煤灰与固体碱置于均相反应器中煅烧干燥研磨的步骤,得到低温碱改性的粉煤灰。将其与污水混合搅拌后,加入絮凝剂,经快速搅拌-慢速搅拌-静置沉降的处理过程可实现废水的净化处理。该方法虽然实现了粉煤灰在废水净化领域的理由,但是,实际应用中还需要添加絮凝剂共同进行沉降净化,对粉煤灰材料功能的利用并不理想。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题在于提供一种可用于废水处理的多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料,具有制备原料种类少、能耗低、周期短、和净水操作简单,而且吸附效率高好,不但可以多次使用还可以有效固封污染物,并且考虑到制备过程的简易性优化了制备工艺,大大降低了水体净化成本;
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料用于废水处理的用途,具有对环境无污染,绿色健康,对处理后的水质和环境无不良影响的优势。
为解决上述技术问题,本发明所述的一种多孔粉煤灰基地聚物,所述地聚物的制备原料包括如下重量份的组分:
粉煤灰80-150重量份;
激发剂8.75-33重量份;
复合发泡剂5.95-26.5重量份;
催化剂0.1-1重量份;
泡沫调节剂0.01-0.5重量份;
硅溶胶20-35重量份;
减水剂0.39-1.3重量份;
稳泡剂0.3-2.6重量份;
亲水性聚合物1.05-8.5重量份;
水20-35重量份。
具体的,所述复合发泡剂包括铝粉、双氧水和NaHCO3的混合物。
具体的,所述复合发泡剂中,所述铝粉、双氧水和NaHCO3的质量比为0.05-0.5:2-13:3.9-13。
具体的,所述的多孔粉煤灰基地聚物:
所述激发剂包括NaOH和/或AMP-95;
所述泡沫调节剂包括乙醇、乙二醇或丁二醇等;
所述硅溶胶包括水玻璃;
所述稳泡剂包括硬脂酸钙;
所述亲水性聚合物包括PVA和/或HEC;
所述减水剂包括聚丙烯酸钠和/或磷酸钠类。
优选的,所述地聚物的制备原料包括如下重量份的组分:
粉煤灰80-150重量份;
氢氧化钠8-20重量份;
AMP-95 0.75-13重量份;
水玻璃20-35重量份;
铝粉0.05-0.5重量份;
双氧水2-6重量份;
二氧化锰0.1-1重量份;
聚丙烯酸钠0.39-1.3重量份;
硬脂酸钙0.3-2.6重量份;
PVA 1-8重量份;
HEC 0.05-0.5重量份;
NaHCO3 3.9-13重量份;
乙二醇0.1-1.0重量份;
去离子水20-35重量份。
本发明还公开了一种制备所述多孔粉煤灰基地聚物的方法,包括如下步骤:
(1)取选定量的所述硅溶胶、激发剂和水混匀,得到浆料,备用;
(2)取选定量的所述粉煤灰加入至步骤(1)中获得的浆料中,并加入减水剂充分搅拌混匀,得到被稳定激活的粉煤灰浆料,备用;
(3)向上述浆料中加入选定量的所述催化剂、泡沫调节剂、稳泡剂、亲水聚合物,充分混匀;
(4)向上述浆料中加入选定量的所述复合发泡剂,充分搅拌混匀,经注模、固化,即得。
具体的,所述步骤(1)中,还包括将所述浆料进行陈化处理的步骤,优选陈化处理24h。
优选的,所述多孔粉煤灰基地聚物的制备方法,包括如下步骤:
(1)取选定量的硅溶胶、AMP-95、氢氧化钠固体和去离子水混合,充分搅拌5-10min,待均匀后陈化24h,备用;
(2)将粉煤灰过筛除杂,并取选定量的所述粉煤灰加入步骤(1)中陈化好的激发浆料中,并加入减水剂并控制转速1200-1500r/min进行搅拌 3-5min,获得稳定激活的粉煤灰浆料;
(3)向上述步骤(2)中激活后的粉煤灰浆料中,加入选定量的所述催化剂、泡沫调节剂混匀,控制转速为800-1200r/min进行搅拌4-7min;随后加入选定量的所述稳泡剂和亲水聚合物混匀,控制转速为1200-1500r/min 进行搅拌5-10min;
(4)继续向上述浆料中加入选定量的所述复合发泡剂混匀,控制转速为800-1000r/min进行搅拌10-60s充分混匀,经常规注模后,于25-100℃进行常规固化,即得。
本发明还公开了所述多孔粉煤灰基地聚物用于制备水处理吸附剂的用途。
本发明还公开了一种由所述多孔粉煤灰基地聚物制备的水处理吸附剂。
本发明还公开了所述水处理吸附剂在污水/废水净化处理领域的应用。
本发明所述多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料,以粉煤灰为基体材料,以 H2O2、NaHCO3和铝粉为复配发泡剂,经发泡聚合反应制得所需多孔地聚物泡沫材料,并通过添加亲水性聚合物,提高地聚物的亲水性。本发明所述多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料可以对有机废水或渗滤液进行过滤,而且,粉煤灰地聚物对重金属具有较好的吸附固封的作用,不仅可以过滤水中杂质,还可以在去除水中有害有机物和重金属离子,大大降低水中有害物质含量,具有水体净化能力强、净化速度快、净化效率高、耐久性好,使用寿命长的优势,可以替代成本相对较高的RO膜进行水体净化。本发明所述多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料,是一种具有高效清洁环保、绿色环境友好的、高质量的水体多孔吸附净水泡沫材料,大大地促进了水体净化泡沫的高效利用,并实现了固体废弃物粉煤灰的有效利用。
在化学发泡的方式中,发泡过程容易受到多方面的影响,本发明所述多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料,以H2O2、NaHCO3和铝粉为复配发泡剂,有效避免了单一使用双氧水为发泡剂存在发泡孔径小、而单一铝粉发泡剂的发泡孔径大且不易控制的缺陷;尤其是,添加的泡沫调节剂的辅助作用,可以达到对稳泡和泡沫的孔径进行调节的两个目标,有效避免了环境中的温度对反应速度的影响,以及仅仅添加稳泡剂容易造成泡沫孔径的不可控性的缺陷,可以实现对整个发泡过程和发泡效果的有效控制。
本发明所述多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料,在后续使用过的净水材料处理中,粉煤灰基地聚物一方面可以经过高温处理再次投入使用,实现循环利用,不对环境产生危害;另一方面,该净水材料也可有效固封所吸附的重金属离子,有效解决了因重金属过多吸附而导致无法重新再利用的问题。本发明所述多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料,采用无机的地聚物处理废水,一方面实现了固体废弃物的再利用,同时也实现了废水的净化处理,不仅全面保护了环境,并具有成本低的优点,同时具有一定的抗压强度,可替代高成本的RO膜对有机废水进行处理,扩展了粉煤灰的综合利用途径。
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中(a)为实施例1所制备地聚物的发泡图,(b)为所述地聚物发泡的SEM图;
图2中(a)为实施例2所制备地聚物的发泡图,(b)为所述地聚物发泡的SEM图;
图3中(a)为实施例3所制备地聚物的发泡图,(b)为所述地聚物发泡的SEM图;
图4中(a)为实施例4所制备地聚物的发泡图,(b)为所述地聚物发泡的SEM图;
图5中(a)为实施例5所制备地聚物的发泡图,(b)为所述地聚物发泡的SEM图;
图6为对比例1所制备地聚物的发泡图;
图7为对比例2所制备地聚物的发泡图。
图8为对比例3所制备地聚物的发泡图。
具体实施方式
实施例1-5
实施例1-5中制备的多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料的制备原料包括:粉煤灰、氢氧化钠、AMP-95、水玻璃、铝粉、双氧水、二氧化锰、硬脂酸钙、PVA、HEC、NaHCO3、乙二醇、聚丙烯酸钠和去离子水,各实施例中具体的原料配比详见下表1所示。
如下实施例1-5中制备的多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)取选定量的硅溶胶、AMP-95、氢氧化钠固体和去离子水混合,充分搅拌10min,待均匀后陈化24h,备用;
(2)将粉煤灰过筛除杂,并取选定量的所述粉煤灰加入步骤(1)中陈化好的激发浆料中,再加入减水剂并控制转速1200r/min进行搅拌5min,获得稳定激活的粉煤灰浆料;
(3)向上述步骤(2)中激活后的粉煤灰浆料中,加入选定量的所述催化剂、泡沫调节剂混匀,控制转速为1000r/min进行搅拌5min;随后加入选定量的所述稳泡剂和亲水聚合物混匀,控制转速为1200r/min进行搅拌 10min;
(4)继续向上述浆料中加入选定量的所述复合发泡剂混匀,控制转速为1000r/min进行搅拌30s充分混匀,经常规注模后,于80℃进行常规固化,即得。
表1实施例1-5及对比例1-3中的粉煤灰基地聚物泡沫材料的配方(g)
Figure BDA0003107879400000081
对比例1
本对比例所述地聚物的制备原料和制备方法同实施例1,其区别仅在于,添加等量的双氧水代替所述复合发泡剂作为发泡剂。
对比例2
本对比例所述地聚物的制备原料和制备方法同实施例5,其区别在于去除了双氧水和碳酸氢钠,仅把铝粉作为发泡剂使用。
对比例3
本对比例所述地聚物的制备原料和制备方法同实施例3,其区别仅在于,添加等量的碳酸氢钠代替所述复合发泡剂作为发泡剂。
实验例
本发明上述实施例1-5及对比例1-3中制得地聚物的发泡图分别见附图1-5中(a)以及附图6-8所示;实施例1-5中所述地聚物发泡的SEM图分别见附图1-5中(b)所示。
本发明上述实施例1-5及对比例1-3中制得多孔粉煤灰基地聚物泡沫材料的性能指标如下表2所示。
表2实施例1-7中粉煤灰基地聚物泡沫材料的性能指标
Figure BDA0003107879400000091
从上表数据可知,以铝粉、双氧水和碳酸氢钠为独立发泡剂的多孔材料,发泡不均匀且孔隙率低、有机污染物去除率差,可见,采用单一发泡产品的孔径不一,而且难以孔径均匀,并且单一发泡的孔径应用限制;而本发明实例1-5选用复合发泡剂,所制备的材料孔径范围广,不仅发泡效果好、孔隙率高、有机污染物去除率高,且总体发泡材料密度处于300-1100kg/m3,抗压强度处于1-15MPa,很好的满足了各个场景不同应用。
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)

1.一种多孔粉煤灰基地聚物,其特征在于,所述地聚物的制备原料包括如下重量份的组分:
粉煤灰80-150重量份;
激发剂8.75-33重量份;
复合发泡剂5.95-26.5重量份;
催化剂0.1-1重量份;
泡沫调节剂0.01-0.5重量份;
硅溶胶20-35重量份;
减水剂0.39-1.3重量份;
稳泡剂0.3-2.6重量份;
亲水性聚合物1.05-8.5重量份;
水20-35重量份。
2.根据权利要求1所述的多孔粉煤灰基地聚物,其特征在于,所述复合发泡剂包括铝粉、双氧水和NaHCO3的混合物。
3.根据权利要求2所述的多孔粉煤灰基地聚物,其特征在于,所述复合发泡剂中,所述铝粉、双氧水和NaHCO3的质量比为0.05-0.5:2-13:3.9-13。
4.根据权利要求1-3任一项所述的多孔粉煤灰基地聚物,其特征在于:
所述激发剂包括NaOH和/或AMP-95;
所述泡沫调节剂包括乙醇、乙二醇或丁二醇;
所述硅溶胶包括水玻璃;
所述稳泡剂包括硬脂酸钙;
所述亲水性聚合物包括PVA和/或HEC;
所述减水剂包括聚丙烯酸钠和/或磷酸钠类。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多孔粉煤灰基地聚物,其特征在于,所述地聚物的制备原料包括如下重量份的组分:
粉煤灰80-150重量份;
氢氧化钠8-20重量份;
AMP-95 0.75-13重量份;
水玻璃20-35重量份;
铝粉0.05-0.5重量份;
双氧水2-6重量份;
二氧化锰0.1-1重量份;
聚丙烯酸钠0.39-1.3重量份;
硬脂酸钙0.3-2.6重量份;
PVA 1-8重量份;
HEC 0.05-0.5重量份;
NaHCO3 3.9-13重量份;
乙二醇0.1-1.0重量份;
去离子水20-35重量份。
6.一种制备权利要求1-5任一项所述多孔粉煤灰基地聚物的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)取选定量的所述硅溶胶、激发剂和水混匀,得到浆料,备用;
(2)取选定量的所述粉煤灰加入至步骤(1)中获得的浆料中,并加入所述减水剂充分搅拌混匀,得到被稳定激活的粉煤灰浆料,备用;
(3)向上述浆料中加入选定量的所述催化剂、泡沫调节剂、稳泡剂、亲水聚合物,充分混匀;
(4)向上述浆料中加入选定量的所述复合发泡剂,充分搅拌混匀,经注模、固化,即得。
7.根据权利要求6所述多孔粉煤灰基地聚物的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,还包括将所述浆料进行陈化处理的步骤。
8.权利要求1-5任一项所述多孔粉煤灰基地聚物用于制备水处理吸附剂的用途。
9.一种由权利要求1-5任一项所述多孔粉煤灰基地聚物制备的水处理吸附剂。
10.权利要求9所述水处理吸附剂在污水/废水净化处理领域的应用。
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