CN114105532A - 多孔有机重金属吸附材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔有机重金属吸附材料及其制备方法和应用，制备方法包括含OH‑的有机固体废弃物干燥至含水率≤20％，然后进行粉碎，再与强碱溶液混合并静置碱化，再与含C＝S键的磺化溶液发生磺化反应，先后在镁盐溶液、中性溶液冲洗下过滤，将所得有机重金属吸附材料与混凝土砂浆混合、发泡、成型养护，得到多孔有机重金属吸附材料。本发明制备的吸附材料对水体中的Cu、Pb离子去除率高，弥补了粉末状多孔吸附剂自重轻、无法沉降、在水体中不易回收等不足，且吸附材料机械强度高、可塑性强、隔音隔热效果好，在水处理、隔音、保温隔热等领域具有较好的应用价值和应用前景。

Description

多孔有机重金属吸附材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于固体废物资源化利用、重金属废水处理领域及再生材料建筑领域，涉及一种重金属吸附材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种多孔有机重金属吸附材料及其制备方法和应用。
背景技术
21世纪以来，能源和环境如何可持续发展一直是当今世界各国面临的中心议题。为了缓解和逐步解决这个问题，世界各国都在积极实现能源的回收和再利用。
我国有机固体废物十分丰富，但处理方式及途径却较为单一。柴草、秸秆等有机废物自古以来都是我国农村最主要的燃料之一，但随着我国城市化建设的不断推进，化石能源在人们生活之中已经广泛普及，有机废物就被废弃淘汰或露天焚烧。但是，有机废物直接露天焚烧不仅会损伤地力、污染大气、影响交通和资源浪费等，还会影响地表微生物活动，进而影响来年农作物的生长。同时，城市化建设的不断推进会导致老旧城区、市政管网的翻新和改造，导致了大量有机固体废弃物的产生并丢弃。
其实，有机农林废物中含有大量纤维素、木质素等有机化合物，而有机建筑废物，如管道及墙体保温隔音材料中也含有大量的碳链，是一种很好的资源，为有机固体废物的化学改造提供了物质基础，但目前我国的有机固体废物并未得到合理利用，造成了资源的极大浪费。
水体的重金属污染也随着人类社会的工业化发展逐渐成为了一个世界性的难题。在中国，水体重金属污染主要源自于染料、电镀以及皮革制造行业。根据我国环境保护法的要求，这些行业产生的含有重金属离子的废水危害极大，必须加以针对性的处理与处置。在近几十年里，科学家们采用了多种方法治理水体中重金属污染，其中包括例如类似膜分离或吸附等物理技术，还有就是投加各种药剂通过化学反应使水体中的重金属离子发生沉淀或将其转变为对人体健康无害的价态，又或是利用一些微生物或者植物对重金属的吸附特性，将环境中的重金属转移到微生物或者植物体内，以达到去除重金属污染的目的。目前，针对水体中重金属污染，主要采取的办法是物理法和化学法。在美国、欧洲、日本等发达国家，重金属污染治理技术日渐成熟且得到广泛的使用，化学吸附技术被认为是处理水体重金属污染中最具发展前景的实用技术之一。
目前，水体重金属的化学吸附是处理重金属污染的主要方式，虽然有机重金属吸附剂作为一种高效的、无害的重金属吸附剂，已经广泛的被用于重金属处理行业。但通过对有机固体废弃物进行回收改造，并应用在重金属吸附及建筑工程领域的研究却鲜有耳闻，且粉末状有机吸附剂普遍存在吸附效率低，回收率低，投加环境及方式单一，质量轻、易结团堵塞管道，需通过外力搅拌，易漂浮于水面等问题。另外还存在设备投资和配套设施运行费用高，吸附重金属后的产物处置难、费用高等问题，更无效益可言。因此，研究一种多孔有机重金属吸附材料及其制备方法是很有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，尤其针对申请人发现的采用粉末状有机絮凝剂对水体重金属污染进行治理时吸附效率低、回收率低、投加设备要求高、自重轻、易结团，易漂浮于水面等不足，以及吸附水体中重金属后的产物回收难、处置难、费用高的问题，提供一种原料范围广、比表面积大、可塑性高、重金属吸附效率高、应用场景丰富、吸附水体中重金属后产物回收简便、隔音隔热效果好、机械强度高、最终处置方式丰富、绿色环保、产品生命周期长的多孔有机重金属吸附材料及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种多孔有机重金属吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、干燥：含OH-的有机固体废弃物在60℃～120℃温度下干燥至含水率≤20％；
S2、粉碎：将干燥后的有机固体废弃物进行粉碎，得到有机固体废弃物碎料；
S3、碱化：将所述有机固体废弃物碎料与同等体积的质量浓度为15％～25％的强碱溶液进行混合搅拌，静置12h～24h使其碱化，得到碱性有机固体废弃物碎料；
S4、磺化：将所述碱性有机固体废弃物碎料与含C＝S键的磺化溶液进行混合搅拌，所述含C＝S键的磺化溶液与碱性有机固体废弃物碎料的比例为10mL/kg～20mL/kg，发生磺化反应后，过滤，得到磺化有机固体废弃物碎料；
S5、洗涤：将所述磺化有机固体废弃物碎料在质量浓度为1％～5％的镁盐溶液冲洗下过滤，再将过滤后产物经过中性溶液冲洗至中性后过滤，得到有机重金属吸附材料；
S6、发泡：将所述有机重金属吸附材料与混凝土砂浆按质量比为1～3∶10的比例混合并搅拌均匀，所述混凝土砂浆为地质聚合物砂浆、碱激发混凝土砂浆和普通混凝土砂浆中的一种，然后将所得混合砂浆边搅拌边加入2wt％～5wt％的混凝土发泡剂，使混合砂浆发泡，将所得发泡砂浆倒入模具中；
S7、成型养护：当所述混凝土砂浆为地质聚合物砂浆或碱激发混凝土砂浆时，将上述入模后的发泡砂浆先进行低温养护，然后进行高温养护，达到脱模条件后进行脱模，当所述混凝土砂浆为普通混凝土砂浆时，将上述入模后的发泡砂浆低温养护至达到脱模条件后脱模；脱模后再次进行二次低温养护至终凝，得到多孔有机重金属吸附材料，其中，所述低温养护的温度、所述二次低温养护的温度均为25℃～30℃，所述高温养护的温度为75℃～90℃。
上述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，优选的，步骤S6中，所述发泡剂为过氧化氢或水泥发泡剂，所述水泥发泡剂为含铝粉、铁粉或蛋白泡沫的水泥发泡剂。
上述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，优选的，步骤S5中，所述镁盐溶液为硫酸镁溶液或氯化镁溶液，所述硫酸镁溶液的质量分数为1％～3％，所述氯化镁溶液的质量分数为1％～5％；和/或，所述中性溶液包括水或无水乙醇。
上述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，优选的，步骤S1中，所述含OH-的有机固体废弃物为有机泡沫或农业纤维，所述有机泡沫包括聚氨酯泡沫，所述农业纤维包括废弃木材、甘蔗渣或稻草杆。
上述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，优选的，步骤S3中，所述强碱溶液包括氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述碱化的时间为18h～24h。
上述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，优选的，步骤S4中，所述含C＝S键的磺化溶液为CS2溶液，所述磺化反应的时间为2h～4h。
上述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，优选的，步骤S3中，所述搅拌的速率为200r/min～300r/min，所述搅拌的时间为10min～15min。
上述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，优选的，步骤S4中，所述搅拌的速率为200r/min～300r/min，所述搅拌的时间为2h～4h。
上述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，优选的，步骤S6中，所述搅拌的速率为200r/min～300r/min，所述搅拌的时间为10min～15min。
上述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，优选的，步骤S7中，所述低温养护的时间、所述二次低温养护的时间均为2天～7天，所述高温养护的时间为2天～4天。
上述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，优选的，步骤S2中，所述有机固体废弃物为有机泡沫时，破碎后的有机固体废弃物碎料的粒径≤2mm，所述有机固体废弃物为农业纤维时，破碎后的有机固体废弃物碎料的长度≤1cm；步骤S3中，所述强碱溶液采用质量分数25％的NaOH溶液，所述碱化的时间为24h，所述搅拌的速率为300r/min，所述搅拌的时间为15min；步骤S4中，所述搅拌的速率为300r/min，所述搅拌的时间为3h；步骤S5中，所述镁盐溶液采用质量分数为1％的硫酸镁溶液，所述中性溶液采用无水乙醇；步骤S6中，所述混凝土浆料采用地质聚合物砂浆，所述发泡剂采用含蛋白泡沫的水泥发泡剂；步骤S7中，所述低温养护的温度为25℃，所述高温养护的温度为75℃，所述二次低温养护的温度为25℃。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的制备方法制得的多孔有机重金属吸附材料。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的制备方法制得的多孔有机重金属吸附材料在环保领域和建筑领域中的应用。
本发明中，模具可为任意形状的密封硅胶模具。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供了一种原材料范围广、比表面积大、可塑性高、吸附水体中重金属后产物回收便捷、回收产物适用于环保及建筑领域且最终处置能实现无害化的多孔有机重金属吸附材料的制备方法。含有OH-的有机化合物在碱性环境下被C＝S键取代所生成的产物对重金属阳离子具有吸附作用，但由于该物质不稳定、容易分解，且产品通常为粉末状，自重较轻，不易沉于水体当中，在水处理中回收困难等原因，导致吸附后的产物无法得到有效的最终处置。本发明通过提供重金属吸附材料+多孔材料协同配合，采用可回收的含有OH-的有机固体废弃物作为制备有机重金属吸附材料的原料，例如有机泡沫、废弃木材、甘蔗渣、稻草杆等，采用轻质地质聚合物、碱激发泡沫混凝土、普通泡沫混凝土中的一种作为多孔材料，通过在碱性环境下将C＝S取代有机固体废弃物中含有的OH-，使其具有吸附重金属阳离子的性能，再通过低浓度的镁盐溶液提高该材料的稳定性，最后将粉末状的有机重金属吸附材料负载于多孔混凝土之上，进一步协同促进吸附，并且使材料在维持高比表面积的同时增加了产品的自重，最终得到的产品具有较好的重金属吸附性能和较强的机械强度。另外，多孔结构能够利用于建筑吸声材料和保温隔热材料，这也为多孔有机重金属吸附材料提供了一个更好的最终处置方式，能够最大限度地实现固体废弃物的资源化、减量化以及有机重金属吸附材料的稳定化、无害化，有很好的应用前景。
本发明还提供了一种配套的、可操作程度高的多孔有机重金属吸附材料的制备系统，该系统可以对多种有机固体废弃物进行预处理，可根据有机固体废弃物的类型灵活调整所需药剂的量，并适用于多种混凝土材料的养护成型，例如轻质地质聚合物与普通泡沫混凝土的养护条件差异在于是否经过高温养护，本系统可以根据混凝土材料类型调整养护模式，解决了因不同类型的多孔材料导致的养护环境差异性问题。本系统还可根据最终处置环境调整材料形状及大小，例如最终处置为用于建筑隔音隔热材料，产品在制作时就设定为板块类型，解决了多孔有机重金属吸附材料最终处置难的问题，具有较高的应用价值和较好的应用前景。
本发明以有机固体废弃物为物质基础、以建筑能源领域可持续发展为指导思想及配套的、可操作程度高的、能够按需求改变材料造型的多孔有机重金属吸附材料的系统，在水处理、隔音、保温隔热等领域具有较好的应用价值和应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1中多孔有机重金属吸附材料的制备系统的结构示意图。
图2为本发明实施例1中有机泡沫废弃物与有机重金属吸附材料的SEM图。
图3为本发明实施例1中有机泡沫废弃物与有机重金属吸附材料的红外光谱(FTIR)图。
图4为本发明实施例1中普通多孔地质聚合物与多孔有机重金属吸附材料的红外光谱(FTIR)图。
图例说明：
1、原料干燥室；2、原料粉碎机；3、第一混合罐；4、第一药剂罐；5、第二混合罐；6、第二药剂罐；7、第一袋式过滤器；8、第三药剂罐；9、第二袋式过滤器；10、第四药剂罐；11、第三袋式过滤器；12、一次砂浆储料罐；13、二次砂浆储料罐；14、第五药剂罐；15、入模室；16、低温养护室；17、高温养护室；18、脱模室；19、运输车；20、第一药剂输送泵；21、碱性废弃物输送泵；22、第二药剂输送泵；23、磺化废弃物输送泵；24、第一回流泵；25、第三药剂输送泵；26、第二回流泵；27、第四药剂输送泵；28、第三回流泵；29、第一砂浆输送泵；30、第二砂浆输送泵；31、第五药剂输送泵；32、第一药剂输送管；33、碱性废弃物输送管；34、第二药剂输送管；35、磺化废弃物输送管；36、第一回流管；37、第三药剂输送管；38、第二回流管；39、第四药剂输送管；40、第三回流管；41、第一砂浆输送管；42、第二砂浆输送管；43、第五药剂输送管；44、高温蒸汽管道；45、第一混合罐进料口；46、第二混合罐进料口；47、第二混合罐回流口；48、第一袋式过滤器回流口；49、第二袋式过滤器进料口；50、第二袋式过滤器回流口；51、第三药剂罐回流口；52、第三袋式过滤器进料口；53、第四药剂罐回流口；54、第三袋式过滤器回流口；55、第一混合罐出料口；56、第二混合罐入口；57、第二混合罐出口；58、第一袋式过滤器入口；59、第三袋式过滤器出口；60、二次砂浆储料罐入口；61、二次砂浆储料罐进料口；62、二次砂浆储料罐出口；63、入模室进料口；64、入模室入口。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1：
一种本发明的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、干燥：将回收而来的含OH-的有机固体废弃物控制温度在70℃，该含OH-的有机固体废弃物为有机泡沫，具体为管道保温行业回收而来的聚氨酯泡沫，将其干燥至含水率≤3％。
S2、粉碎：对干燥后的有机固体废弃物进行破碎，破碎效率控制在3m3/min，得到粒径≤2mm的有机固体废弃物碎料。
S3、碱化：将上述所得有机固体废弃物碎料与强碱溶液进行混合搅拌，强碱溶液为质量浓度25％的NaOH溶液，用量与有机固体废弃物碎料的体积相当，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为15min，随后静置24h，得到碱性有机固体废弃物碎料。
S4、磺化：将上述所得碱性有机固体废弃物碎料与分析纯的CS2溶液进行混合搅拌，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为3h，用量为20mL/kg(所用体积与有机泡沫废弃物碎料质量比)，发生磺化反应，过滤后得到磺化有机固体废弃物碎料。
S5、洗涤：将上述所得磺化有机固体废弃物碎料在镁盐溶液的冲洗下过滤，镁盐溶液为质量浓度为1％的硫酸镁溶液，再将过滤后得到的产物经过无水乙醇冲洗至中性后过滤，得到有机重金属吸附材料。图2表明了有机泡沫废弃物经过改性后，其内部结构通过二硫化碳的磺化作用发生了改变，并且生成了许多颗粒状的聚集体附着于表面。图3中有机重金属吸附材料中在1220cm-1和683cm-1处出现的新吸收峰可以归结于C＝O官能团以及C-S官能团的出现，进一步证实了二硫化碳在异氰酸酯上发生了取代反应，也间接表明了有机泡沫废弃物改性的成功。
S6、发泡：将上述所得有机重金属吸附材料与提前拌合好的混凝土砂浆混合搅拌均匀，混凝土砂浆为地质聚合物砂浆(也可称为地质聚合物浆料)，具体为煅烧后的高岭土与烧碱按1∶1的质量比混合而得，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为15min，有机重金属吸附材料与地质聚合物砂浆的质量比为1∶10。随后将搅拌后的砂浆进行再次搅拌，搅拌过程中加入发泡剂使砂浆发泡，发泡剂为含蛋白泡沫的水泥发泡剂，型号YX-203，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为10min，将发泡砂浆倒入标准砖块尺寸的密封硅胶模具中，添加量为2wt％(即发泡剂与砂浆的质量百分比)。
S7、成型养护：将上述入模后的发泡砂浆在25℃下低温养护2天，随后在75℃下高温养护3天，达到脱模条件后进行脱模，脱模后再次在25℃下进行二次低温养护至终凝，得到多孔有机重金属吸附材料。在图4多孔有机重金属吸附材料的光谱中可以清晰地检测到由于有机泡沫废弃物中N-H的拉伸振动和弯曲振动导致的振动区域，表明了有机重金属吸附材料已经负载于多孔地质聚合物材料之中，而普通多孔地质聚合物不含N-H键。
一种本发明的多孔有机重金属吸附材料的制备系统，上述本实施例的多孔有机重金属吸附材料的制备方法可采用该系统进行实施，但不限于此。
图1示出了该多孔有机重金属吸附材料的制备系统，该制备系统包括原料预处理系统、多孔成型系统以及变温养护系统，原料预处理系统包括原料均质化系统和原料改性系统，原料均质化系统包括相互连通的原料干燥室1和原料粉碎机2，原料改性系统包括依次连通的第一混合罐3、第二混合罐5、第一袋式过滤器7、第二袋式过滤器9和第三袋式过滤器11，原料粉碎机2与第一混合罐3对接，多孔成型系统包括依次连通的一次砂浆储料罐12、二次砂浆储料罐13和入模室15，第三袋式过滤器11与二次砂浆储料罐13相连，变温养护系统包括低温养护室16、高温养护室17和脱模室18，低温养护室16设有低温初次养护区和低温二次养护区，入模室15与低温初次养护区相连，低温初次养护区与高温养护室17相连，高温养护室17与脱模室18相连，脱模室18与低温二次养护区相连。
本实施例中，多孔成型系统还包括第一药剂罐4、第二药剂罐6、第三药剂罐8和第四药剂罐10，第一混合罐3设有第一混合罐进料口45，第一混合罐进料口45与第一药剂罐4连通，第二混合罐5设有第二混合罐进料口46和第二混合罐回流口47，第二混合罐进料口46与第二药剂罐6连通，第一袋式过滤器7设有第一袋式过滤器回流口48和第一袋式过滤器出口65，第一袋式过滤器回流口48与第二混合罐回流口47连通，第二袋式过滤器9设有第二袋式过滤器进料口49、第二袋式过滤器回流口50、第二袋式过滤器入口66和第二袋式过滤器出口67，第一袋式过滤器出口65与第二袋式过滤器入口66对接，第二袋式过滤器进料口49与第三药剂罐8的出口连通，第三药剂罐8设有第三药剂罐回流口51，第二袋式过滤器回流口50与第三药剂罐回流口51连通，第三袋式过滤器11设有第三袋式过滤器入口68、第三袋式过滤器进料口52和第三袋式过滤器回流口54，第二袋式过滤器出口67与第三袋式过滤器入口68对接，第四药剂罐10设有第四药剂罐回流口53，第三袋式过滤器回流口54与第四药剂罐回流口53连通。
本实施例中，第一药剂罐4与第一混合罐3通过第一药剂输送管32连通，第二药剂罐6与第二混合罐进料口46通过第二药剂输送管34连通，第一混合罐3设有第一混合罐出料口55，第二混合罐5设有第二混合罐入口56和第二混合罐出口57，第一混合罐出料口55与第二混合罐入口56通过碱性废弃物输送管33连通，第一袋式过滤器7设有第一袋式过滤器入口58，第一袋式过滤器入口58与第二混合罐出口57通过磺化废弃物输送管35连通，第一袋式过滤器回流口48与第二混合罐回流口47通过第一回流管36连通，第三药剂罐8与第二袋式过滤器进料口49通过第三药剂输送管37连通，第二袋式过滤器回流口50与第三药剂罐回流口51通过第二回流管38连通，第四药剂罐10与第三袋式过滤器进料口52通过第四药剂输送管39连通，第三袋式过滤器回流口54与第四药剂罐回流口53通过第三回流管40连通，第一药剂输送管32、碱性废弃物输送管33、第二药剂输送管34、磺化废弃物输送管35、第一回流管36、第三药剂输送管37、第二回流管38、第四药剂输送管39和第三回流管40上均设有泵。
本实施例中，第一药剂输送管32上设有第一药剂输送泵20，第二药剂输送管34上设有第二药剂输送泵22，碱性废弃物输送管33上设有碱性废弃物输送泵21，磺化废弃物输送管35上设有磺化废弃物输送泵23，第一回流管36上设有第一回流泵24，第三药剂输送管37上设有第三药剂输送泵25，第二回流管38上设有第二回流泵26，第四药剂输送管39上设有第四药剂输送泵27，第三回流管40上设有第三回流泵28。
本实施例中，第三袋式过滤器11设有第三袋式过滤器出口59，二次砂浆储料罐13设有二次砂浆储料罐入口60、二次砂浆储料罐进料口61和二次砂浆储料罐出口62，第三袋式过滤器出口59与二次砂浆储料罐入口60对接，一次砂浆储料罐12与二次砂浆储料罐进料口61连通，入模室15上设有入模室进料口63和入模室入口64，二次砂浆储料罐出口62与入模室入口64连通，入模室进料口63与一第五药剂罐14连通。
本实施例中，一次砂浆储料罐12与二次砂浆储料罐进料口61通过第一砂浆输送管41连通，二次砂浆储料罐出口62与入模室入口64通过第二砂浆输送管42连通，第五药剂罐14与入模室进料口63通过第五药剂输送管43连通，第一砂浆输送管41、第二砂浆输送管42和第五药剂输送管43上均设有泵。
本实施例中，第一砂浆输送管41上设有第一砂浆输送泵29，第二砂浆输送管42上设有第二砂浆输送泵30，第五药剂输送管43上设有第五药剂输送泵31。
本实施例中，低温初次养护区与高温养护室17通过高温蒸汽管道44相连，低温二次养护区与运输车19对接，运输车19负责转运成品多孔有机重金属吸附材料。
本实施例中，原料干燥室1为太阳能温室，低温养护室16和高温养护室17为太阳能蒸汽温室。高温养护室17由下吸式气化炉、流化床气化炉、上吸式气化炉中的一种供热。
本实施例中，原料粉碎机2为带有传送装置的粉碎机。
本实施例中，第一混合罐3、第二混合罐5、一次砂浆储料罐12和二次砂浆储料罐13均为自带搅拌装置的防腐蚀罐；
本实施例中，第一袋式过滤器7、第二袋式过滤器9和第三袋式过滤器11为防腐蚀袋式过滤器。
本实施例中，第一袋式过滤器7、第二袋式过滤器9、第三袋式过滤器11、二次砂浆储料罐13之间采用人工或车辆运送转移过滤后的产物(滤渣，即有机废弃物)。
本实施例中，高温养护室17为下吸式气化炉、流化床气化炉、上吸式气化炉中的一种。
本实施例中，原料粉碎机2为履带式圆锥移动破碎机，规格(型号)为HP300，整机重量48t，发动机功率400kW；第一药剂罐4、第二药剂罐6、第三药剂罐8、第四药剂罐10和第五药剂罐14为圆柱形PVC塑料桶，外形尺寸的直径为2000mm，高度为3000mm；第一混合罐3、第二混合罐5、一次砂浆储料罐12和二次砂浆储料罐13为直径2900mm、高6400mm的大型立式搅拌机，型号为15t，功率为15kW，转速为312r/min。
本实施例中，第一药剂输送管32、碱性废弃物输送管33、第二药剂输送管34、磺化废弃物输送管35、第一回流管36、第三药剂输送管37、第二回流管38、第四药剂输送管39、第三回流管40、第一砂浆输送管41、第二砂浆输送管42、第五药剂输送管43均为符合HG2184-91标准的橡胶管。本实施例中，优选的橡胶管的内径为203mm。
本实施例中，高温蒸汽管道44为预制钢套钢高温蒸汽管。本实施例中，优选的预制钢套钢高温蒸汽管的内径为325mm。
本实施例中，第一药剂输送泵20、碱性废弃物输送泵21、第二药剂输送泵22、磺化废弃物输送泵23、第一回流泵24、第三药剂输送泵25、第二回流泵26、第四药剂输送泵27、第三回流泵28、第一砂浆输送泵29、第二砂浆输送泵30、第五药剂输送泵31均为单级单吸立式离心泵，型号NL100-16。
以上本实施例的多孔有机重金属吸附材料的制备系统的工作流程如下：
首先，利用原料干燥室1将回收而来的含OH-的有机泡沫废弃物置于原料干燥室1内干燥至含水率≤3％。然后，利用原料粉碎机2对干燥后的有机泡沫废弃物进行破碎并传送至第一混合罐3中。接着利用第一药剂输送泵20将第一药剂罐4中的强碱溶液通过第一药剂输送管32输送到第一混合罐3中，经过搅拌后使有机泡沫废弃物和强碱溶液混合均匀，静止一段时间后得到碱性有机泡沫废弃物碎料。再利用碱性物质输送泵21通过碱性物质输送管33将碱性有机泡沫废弃物碎料输送至第二混合罐5中，利用第二药剂输送泵22将第二药剂罐6中的含C＝S键的磺化溶液通过第二药剂输送管34输送到第二混合罐5中(所用体积与有机泡沫废弃物碎料质量比为20mL/kg)，通过第二混合罐5对碱性有机泡沫废弃物碎料和含C＝S键的磺化溶液混合搅拌一段时间后得到磺化有机泡沫废弃物碎料。接着由磺化物质输送泵23将磺化有机泡沫废弃物碎料通过磺化物质输送管35输送至第一袋式过滤器7进行过滤，滤液由第一回流泵24通过第一回流管36回流至第二混合罐5。过滤后的磺化有机泡沫废弃物碎料转移至第二袋式过滤器9中，由第三药剂输送泵25将第三药剂罐8中的镁盐溶液输送至第二袋式过滤器9中对过滤后的磺化有机泡沫废弃物碎料进行再次冲洗过滤，得到磺化镁盐有机泡沫废弃物碎料，滤液由第二回流泵26通过第二回流管38回流至第三药剂罐8。随后将磺化镁盐有机泡沫废弃物碎料转移至第三袋式过滤器11中，由第四药剂输送泵27将第四药剂罐10中的无水乙醇输送至第三袋式过滤器11中对过滤后的磺化镁盐有机泡沫废弃物碎料进行再次冲洗过滤，得到有机重金属吸附材料，滤液由第三回流泵28通过第三回流管40回流至第四药剂罐10中。在得到有机重金属吸附材料后，将其转移至二次砂浆储料罐13，利用第一砂浆输送泵29通过第一砂浆输送管41将先前配置好的混凝土砂浆从一次砂浆储料罐12输送至二次砂浆储料罐13进行二次搅拌，搅拌均匀后的混合砂浆通过第二砂浆输送泵30从第二砂浆输送管42输送至入模室15的搅拌槽中，同时通过第五药剂输送泵31将第五药剂罐14中的发泡剂从第五药剂输送管43输送至入模室的搅拌槽中，在入模式15的搅拌槽中对混合砂浆和发泡剂进行第三次混合搅拌后入模。最后依次通过低温养护室16中的初次养护区以及高温养护室17进行养护，达到初凝条件后在脱模室18内进行脱模，脱模后的产品又转移至低温养护室16中的二次养护区内养护至终凝后，由运输车19转运出养护室即可得到多孔有机重金属吸附材料。
本实施例中，采用上述多孔有机重金属吸附材料的制备系统对多孔有机重金属吸附材料进行制备时，包括以下步骤：
S1、干燥：将工地上回收而来的含OH-的有机泡沫废弃物聚氨酯泡沫置于原料干燥室1内，在太阳能温控系统下控制室内温度在70℃，将其干燥至含水率≤3％。
S2、粉碎：利用原料粉碎机2对干燥后的有机泡沫废弃物进行破碎，破碎效率控制在3m3/min，得到粒径≤2mm的有机泡沫废弃物碎料，并通过原料粉碎机2的传送带传送至第一混合罐3中。
S3、碱化：利用第一药剂输送泵20将第一药剂罐4中的质量浓度为25％的NaOH溶液通过第一药剂输送管32输送到第一混合罐3中(用量与有机泡沫废弃物碎料体积相当)，经过搅拌后使有机泡沫废弃物和NaOH溶液混合均匀，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为15min，静止24h后得到碱性有机泡沫废弃物碎料。
S4、磺化：利用碱性物质输送泵21通过碱性物质输送管33将碱性有机泡沫废弃物碎料输送至第二混合罐5中，利用第二药剂输送泵22将第二药剂罐6中的CS2溶液通过第二药剂输送管34输送到第二混合罐5中，CS2溶液用量为20mL/kg废弃物碎料，通过第二混合罐5对碱性有机泡沫废弃物碎料和CS2溶液混合搅拌3h后得到磺化有机泡沫废弃物碎料，搅拌速率为300r/min。接着由磺化物质输送泵23将磺化有机泡沫废弃物碎料通过磺化物质输送管35输送至第一袋式过滤器7进行过滤，滤液由第一回流泵24通过第一回流管36回流至第二混合罐5。
S5、洗涤：过滤后的磺化有机泡沫废弃物碎料转移至第二袋式过滤器9中，由第三药剂输送泵25将第三药剂罐8中的质量浓度为1％的硫酸镁溶液输送至第二袋式过滤器9中对过滤后的磺化有机泡沫废弃物碎料进行再次冲洗过滤，得到磺化镁盐有机泡沫废弃物碎料，滤液由第二回流泵26通过第二回流管38回流至第三药剂罐8。随后将磺化镁盐有机泡沫废弃物碎料转移至第三袋式过滤器11中，由第四药剂输送泵27将第四药剂罐10中的无水乙醇输送至第三袋式过滤器11中对过滤后的磺化镁盐有机泡沫废弃物碎料进行再次冲洗过滤，得到有机重金属吸附材料，滤液由第三回流泵28通过第三回流管40回流至第四药剂罐10中。
S6、发泡：在得到有机重金属吸附材料后，将其转移至二次砂浆储料罐13，利用第一砂浆输送泵29通过第一砂浆输送管41将先前配置好的地质聚合物砂浆从一次砂浆储料罐12输送至二次砂浆储料罐13进行搅拌，搅拌速率为300r/min；搅拌时间为15min，有机重金属吸附材料与地质聚合物浆料的质量比为1∶10。搅拌均匀后的混合砂浆通过第二砂浆输送泵30从第二砂浆输送管42输送至入模室15的搅拌槽中，同时通过第五药剂输送泵31将第五药剂罐14中的蛋白泡沫从第五药剂输送管43输送至入模室的搅拌槽中(添加量为2wt％)，在入模室15的搅拌槽中对混合砂浆和蛋白泡沫进行混合搅拌后入模，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为15min。
S7、成型养护：最后将上述入模后的发泡砂浆转移至低温养护室16内在25℃下养护2天，随后转移至高温养护室17内在75℃下养护3天，达到脱模条件后于脱模室内进行脱模，脱模后再次转移至低温养护室16内在25℃下进行二次养护至终凝，由运输车19转运出养护室即可得到多孔有机重金属吸附材料。
本发明提供了一种比表面积大、可塑性高、吸附水体中重金属后产物回收便捷、回收产物适用于环保及建筑领域且最终处置能实现无害化的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，还提供了一种配套的、可操作程度高的、能够对多种有机固体废弃物进行预处理、可根据有机固体废弃物的量而灵活调整所需药剂的量的系统，满足了特殊类型的多孔材料对养护条件要求较高的问题，同时还解决了多孔有机重金属吸附材料最终处置难的问题，具有较高的应用价值和较好的应用前景。
本发明的多孔有机重金属吸附材料的制备方法及系统，通过对有机泡沫废弃物进行含水率的调整及改性处理，并负载于多孔地质聚合物材料之中，使原来常规状态下不具备水体重金属吸附能力的粉末状泡沫废弃物变为对水体重金属铜、铅离子具有高效去除率的块状有机重金属吸附材料，解决了采用粉末状重金属吸附剂处理水体中重金属污染时由于吸附剂自重较轻，不易沉于水体当中，在水体当中回收困难的问题，弥补了材料在吸附重金属后无法得到有效的最终处置的缺陷。经过测试表明，该系统日处理有机泡沫废弃物最高可达1900m3，最终得到的有机重金属吸附材料对重金属铜、铅离子的吸附量分别为92.37mg/g和68.46mg/g，抗压强度能达到15.7MPa，孔隙率为37％，密度为1200kg/m3满足建筑隔音材料的标准。
实施例2：
一种本发明的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、干燥：将工地上回收而来的含OH-的废弃木头、工业废弃木板在105℃下将其干燥至含水率5％。
S2、粉碎：将干燥后的木材废弃物进行破碎，破碎效率控制在3m3/min，得到粒径≤2mm的木屑碎料。
S3、碱化：上述所得木屑碎料与质量浓度为25％的KOH溶液混合并搅拌均匀，KOH溶液的用量与木屑碎料体积相当，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为15min，静止20h后，得到碱性木屑碎料。
S4、磺化：将碱性木屑碎料与CS2溶液进行混合搅拌，CS2溶液的用量为10mL/kg(所用CS2溶液体积与碱性木屑碎料质量比)，搅拌速率为300r/min，混合搅拌4h后，过滤后得到磺化木屑碎料。
S5、洗涤：将过滤后的磺化木屑碎料用质量浓度为1％的硫酸镁溶液进行再次冲洗过滤，得到磺化镁盐木屑碎料，随后将磺化镁盐木屑碎料采用蒸馏水进行再次冲洗至中性后过滤，得到有机重金属吸附材料。
S6、发泡：将上述得到的有机重金属吸附材料与普通波兰特混凝土砂浆混合并搅拌均匀，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为20min，有机重金属吸附材料与普通波兰特混凝土砂浆的质量比为1∶10，搅拌均匀后的混合砂浆中加入4wt％的质量浓度为30％的过氧化氢溶液进行第三次混合搅拌后入模，搅拌速率为800r/min，搅拌时间为15min。
S7、成型养护：最后将上述入模后的发泡砂浆在25℃下低温养护7天，达到脱模条件后进行脱模，脱模后再次在25℃下进行二次低温养护至终凝，即可得到多孔有机重金属吸附材料。
本发明的多孔有机重金属吸附材料的制备方法通过对木材废弃物进行含水率的调整及改性处理，对材料改性所需的试剂的量进行了合理控制，并负载于多孔混凝土材料之中，使原来常规状态下不具备水体重金属吸附能力的粉末状木材废弃物变为对水体重金属铜、铅离子具有高效去除率的块状有机重金属吸附材料。解决了采用粉末状重金属吸附剂处理水体中重金属污染时由于吸附剂自重较轻，不易沉于水体当中，在水体当中回收困难的问题，弥补了材料在吸附重金属后无法得到有效的最终处置的缺陷。经过测试表明，该系统日处理木材废弃物最高可达1400m3，最终得到的有机重金属吸附材料对重金属铜、铅离子的吸附量分别分别为90.35mg/g和67.58mg/g，抗压强度能达到13.4MPa，孔隙率为40％，密度为1300kg/m3，满足建筑隔音隔热材料的施工标准。
实施例3：
一种本发明的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、干燥：将工地上回收而来的含OH-的农业纤维(具体为甘蔗渣、稻草杆)在105℃下将其干燥至含水率≤20％。
S2、粉碎：对干燥后的农业纤维进行破碎，破碎效率控制在4m3/min，得到长度≤1cm的农业纤维碎料。
S3、碱化：将上述所得农业纤维碎料与质量浓度为25％的NaOH溶液混合并搅拌，NaOH溶液的用量与农业纤维碎料体积相当，搅拌速率为300r/min；搅拌时间为15min，静止24h后，得到碱性农业纤维碎料。
S4、磺化：将碱性农业纤维碎料与CS2溶液进行混合搅拌，CS2溶液的用量为15mL/kg(所用CS2溶液体积与碱性农业纤维碎料质量比)，搅拌速率为300r/min，混合搅拌4h后，过滤，得到磺化农业纤维碎料。
S5、洗涤：将过滤后的磺化农业纤维碎料用质量浓度为1％的硫酸镁溶液进行再次冲洗过滤，得到磺化镁盐农业纤维碎料，随后将磺化镁盐农业纤维碎料采用无水乙醇进行再次冲洗过滤，得到有机重金属吸附材料。
S6、发泡：将上述得到的有机重金属吸附材料与碱激发混凝土砂浆混合并搅拌均匀，有机重金属吸附材料与碱激发混凝土砂浆的质量比为1∶10，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为20min，搅拌均匀后的混合砂浆与质量浓度为30％的过氧化氢溶液进行混合搅拌后入模，过氧化氢溶液的添加量为2wt％，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为15min。
S7、成型养护：最后将上述入模后的发泡砂浆在25℃下养护2天，随后在75℃下养护3天，达到脱模条件后于脱模室内进行脱模，脱模后再次在25℃下进行二次养护至终凝，即可得到多孔有机重金属吸附材料。
本发明的多孔有机重金属吸附材料的制备方法通过对木材废弃物进行含水率的调整及改性处理，对材料改性所需的试剂的量进行了合理控制，并负载于多孔混凝土材料之中，使原来常规状态下不具备水体重金属吸附能力的粉末状木材废弃物变为对水体重金属铜、铅离子具有高效去除率的块状有机重金属吸附材料。解决了采用粉末状重金属吸附剂处理水体中重金属污染时由于吸附剂自重较轻，不易沉于水体当中，在水体当中回收困难的问题，弥补了材料在吸附重金属后无法得到有效的最终处置的缺陷。经过测试表明，该系统日处理木材废弃物最高可达1800m3，最终得到的有机重金属吸附材料对重金属铜、铅离子的吸附量分别分别为92.48mg/g和68.73mg/g，抗压强度能达到15.7MPa，孔隙率为39％，密度为1250kg/m3，满足建筑隔音隔热材料的施工标准。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种多孔有机重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、干燥：含OH-的有机固体废弃物在60℃～120℃温度下干燥至含水率≤20％；
S2、粉碎：将干燥后的有机固体废弃物进行粉碎，得到有机固体废弃物碎料；
S3、碱化：将所述有机固体废弃物碎料与同等体积的质量浓度为15％～25％的强碱溶液进行混合搅拌，静置12h～24h使其碱化，得到碱性有机固体废弃物碎料；
S4、磺化：将所述碱性有机固体废弃物碎料与含C＝S键的磺化溶液进行混合搅拌，所述含C＝S键的磺化溶液与碱性有机固体废弃物碎料的比例为10mL/kg～20mL/kg，发生磺化反应后，过滤，得到磺化有机固体废弃物碎料；
S5、洗涤：将所述磺化有机固体废弃物碎料在质量浓度为1％～5％的镁盐溶液冲洗下过滤，再将过滤后产物经过中性溶液冲洗至中性后过滤，得到有机重金属吸附材料；
S6、发泡：将所述有机重金属吸附材料与混凝土砂浆按质量比为1～3∶10的比例混合并搅拌均匀，所述混凝土砂浆为地质聚合物砂浆、碱激发混凝土砂浆和普通混凝土砂浆中的一种，然后将所得混合砂浆边搅拌边加入2wt％～5wt％的混凝土发泡剂，使混合砂浆发泡，将所得发泡砂浆倒入模具中；
S7、成型养护：当所述混凝土砂浆为地质聚合物砂浆或碱激发混凝土砂浆时，将上述入模后的发泡砂浆先进行低温养护，然后进行高温养护，达到脱模条件后进行脱模，当所述混凝土砂浆为普通混凝土砂浆时，将上述入模后的发泡砂浆低温养护至达到脱模条件后脱模；脱模后再次进行二次低温养护至终凝，得到多孔有机重金属吸附材料，其中，所述低温养护的温度、所述二次低温养护的温度均为25℃～30℃，所述高温养护的温度为75℃～90℃。
2.根据权利要求1所述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤S6中，所述发泡剂为过氧化氢或水泥发泡剂，所述水泥发泡剂为含铝粉、铁粉或蛋白泡沫的水泥发泡剂。
3.根据权利要求1所述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述镁盐溶液为硫酸镁溶液或氯化镁溶液，所述硫酸镁溶液的质量分数为1％～3％，所述氯化镁溶液的质量分数为1％～5％；和/或，所述中性溶液包括水或无水乙醇。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述含OH-的有机固体废弃物为有机泡沫或农业纤维，所述有机泡沫包括聚氨酯泡沫，所述农业纤维包括废弃木材、甘蔗渣或稻草杆。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述强碱溶液包括氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述碱化的时间为18h～24h。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述含C＝S键的磺化溶液为CS2溶液，所述磺化反应的时间为2h～4h。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述搅拌的速率为200r/min～300r/min，所述搅拌的时间为10min～15min；
和/或，步骤S4中，所述搅拌的速率为200r/min～300r/min，所述搅拌的时间为2h～4h；
和/或，步骤S6中，所述搅拌的速率为200r/min～300r/min，所述搅拌的时间为10min～15min；
和/或，步骤S7中，所述低温养护的时间、所述二次低温养护的时间均为2天～7天，所述高温养护的时间为2天～4天。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的多孔有机重金属吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述有机固体废弃物为有机泡沫时，破碎后的有机固体废弃物碎料的粒径≤2mm，所述有机固体废弃物为农业纤维时，破碎后的有机固体废弃物碎料的长度≤1cm；步骤S3中，所述强碱溶液采用质量分数25％的NaOH溶液，所述碱化的时间为24h，所述搅拌的速率为300r/min，所述搅拌的时间为15min；步骤S4中，所述搅拌的速率为300r/min，所述搅拌的时间为3h；步骤S5中，所述镁盐溶液采用质量分数为1％的硫酸镁溶液，所述中性溶液采用无水乙醇；步骤S6中，所述混凝土浆料采用地质聚合物砂浆，所述发泡剂采用含蛋白泡沫的水泥发泡剂；步骤S7中，所述低温养护的温度为25℃，所述高温养护的温度为75℃，所述二次低温养护的温度为25℃。
9.一种如权利要求1～8中任一项所述的制备方法制得的多孔有机重金属吸附材料。
10.一种如权利要求1～8中任一项所述的制备方法制得的多孔有机重金属吸附材料在环保领域和建筑领域中的应用。
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