[發明專利]磁控納米馬達集群凝膠法制備多孔吸附材料的方法及裝置

有效

• 申請號: 202011540730.2
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112717887B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 瞿廣飛;楊燦;王芳;任遠川;孫楝凱;李志順成
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 昆明同聚專利代理有限公司 53214
• 代理人: 蘇蕓蕓

本發明公開了一種磁控納米馬達集群凝膠法制備多孔吸附材料的方法，該方法是在700~1500℃冶煉熔渣中加入醇?酸有機混合物充分混合反應，反應完成后將反應液、包硅的磁性微納米粒子溶液混合均勻后，再將混合物添加到表面活性劑溶液中，在磁場存在條件下、80?180℃反應0.5~24h后，室溫~30℃下陳化16?24h，收集固體加熱烘干，即得多孔吸附材料；本發明方法克服了目前熔渣利用率低，制備吸附材料功能單一、吸附容量低的難題，實現固體廢物資源的最大化利用，具有良好的環境效益、社會效益和經濟效益。

技術領域

本發明公開一種磁性納米馬達與冶煉熔渣制備高品質多孔吸附材料的方法，屬于固體廢物資源化利用制備吸附材料的技術領域。

背景技術

高爐渣是高爐冶煉過程中所產生的主要副產品之一，其主要成分為CaO、SiO₂、MgO和 Al₂O₃，以及少量的FeO、MnO、Na₂O、K₂O和S等，在一些特殊礦石的冶煉過程中還存在TiO₂、V₂O₅等。每冶煉1噸生鐵要向環境中排放350kg左右的高爐渣，排放溫度一般在1450℃左右，每噸高爐熔渣所蘊含的顯熱約為1.7GJ，其熱值相當于58kg標準煤，屬于高品質的余熱資源。高爐熔渣不僅蘊含大量顯熱，若處理恰當還是很好的水泥生產原材料。近年來對冶煉熔渣的綜合利用引起越來越多國家的重視，將高爐熔渣制備成輕質磚、無機纖維、泡沫微晶玻璃板等材料，高爐熔渣變廢為寶，既可以實現冶金熔渣的資源化利用，也可解決熔渣堆放帶來的環境問題。

當前最主要的熔渣處理工藝為水淬急冷形成玻璃體，作為生產水泥的原材料。然而，傳統水淬工藝只注重爐渣品質，沒有任何熱量回收，且存在水耗高、向環境中排放SO₂、H₂S等氣體污染環境。

對高爐渣進行綜合利用，目前需要完成三個任務：一是對爐渣顯熱進行高效回收；二是在回收顯熱的同時保證爐渣產品的高附加值；三是避免對周圍環境產生影響；冶金熔渣具有疏松多孔、比表面積大、具有一定的吸附能力，且熔渣中含有CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、MnO和TiO₂等金屬氧化物而具有較高的催化活性。冶煉熔渣中含有鐵、鉛、鉻等重金屬離子，若將冶金熔渣直接用作吸附材料，不僅效果差而且還會帶來二次污染。

目前，納米材料已經得到廣泛研究，并且常用于治理環境污染。若將一些納米材料與冶金熔渣結合，充分利用冶煉熔渣中的顯熱，可制備出具有納米結構的高品質吸附材料。利用磁性納米粒子的磁場可控性質，采用溶膠-凝膠法使磁性納米粒子在溶液進行自運動和自組裝，促進溶液中的水解反應，生成具有規則多孔的吸附材料，實現資源再生，具有廣闊的應用前景和重大意義。

發明內容

本發明的目的提供一種磁控納米馬達集群凝膠法制備多孔吸附材料的方法，以廉價的冶煉熔渣和具有磁性的納米粒子作為原料，采用溶膠-凝膠法，在冶煉熔渣中添加一定的醇類酸類有機物，生成金屬醇鹽、有機金屬鹽與包硅的磁性微納米粒子在運動磁場下充分混合，與表面活性劑溶液發生水解反應后，進行陳化、干燥，最后冷卻得到孔徑規則、性能優異的高品質多孔吸附材料；即在700~1500℃冶煉熔渣中加入醇-酸有機混合物充分混合反應，反應完成后將反應液、包硅的磁性微納米粒子溶液混合均勻后，再將混合物添加到表面活性劑溶液中，在磁場存在條件下、80~180℃反應0.5~24h后，室溫~30℃下陳化16~24h，收集固體加熱烘干，即得多孔吸附材料。

所述冶煉熔渣和醇-酸有機混合物的質量比為1:1~5:1；表面活性劑溶液、包硅的磁性微納米粒子溶液、反應液的體積比為1~10:1~4:1~5。

所述冶煉熔渣包括銅冶煉熔渣、鋼鐵冶煉熔渣、鋁冶煉熔渣、錫冶煉熔渣等，經過反應后生成的金屬醇鹽、有機金屬鹽和包硅的磁性微納米粒子溶液經空氣噴射粒化后粒徑范圍為5~30mm。