[發(fā)明專利]一種鋼渣/礦渣/粉煤灰復(fù)合廢渣多孔吸附材料、制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111160743.1
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113797884A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆姝;馮雪;白得滹;黃凱;邢鵬飛
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: B01J20/10
• 分類號: B01J20/10;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30;C02F101/20
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤

一種鋼渣/礦渣/粉煤灰復(fù)合廢渣多孔吸附材料、制備方法及應(yīng)用，屬于固廢吸附材料綠色制備技術(shù)領(lǐng)域。吸附材料為非晶結(jié)構(gòu)，表面具有微、納米孔結(jié)構(gòu)。所述制備方法包括冶金廢渣破碎及混合處理，氫氧化鉀/鈉激發(fā)溶膠溶液的制備，鋼渣/礦渣/粉煤灰復(fù)合廢渣多孔材料的成型，顆粒化和去堿性過程。本發(fā)明通過控制原料活性及配比直接控制材料制備的反應(yīng)進(jìn)程的方式將粉煤灰、礦渣、鋼渣三種冶金廢渣作為反應(yīng)原料，在低溫及室溫條件，制備復(fù)合冶金廢渣多孔吸附材料，解決了鋼渣、礦渣、粉煤灰三種固廢的功能化利用問題和多孔吸附劑的低溫制備問題，獲得了一種低成本高吸附特性的多孔吸附材料，提高了吸附性能，實現(xiàn)了冶金固廢的利用和廢水的處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋼渣/礦渣/粉煤灰復(fù)合廢渣多孔吸附材料及其制備方法，尤其涉及一種通過控制原料活性及配比直接控制材料制備的反應(yīng)進(jìn)程的方式將粉煤灰、礦渣、鋼渣三種冶金廢渣作為反應(yīng)原料，在低溫及室溫條件，制備復(fù)合冶金廢渣多孔吸附材料，屬于固廢吸附材料綠色制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

冶金過程會產(chǎn)生大量的固體廢渣，如鋼渣、礦渣、粉煤灰等，占用土地，污染環(huán)境，此類材料以硅、鋁、氧等元素為主，若能加以利用，將對環(huán)保有重要意義。此外，冶金過程也會產(chǎn)生大量的廢水，在對廢水處理當(dāng)中，吸附法成本低、高效、可循環(huán)，得到了廣泛應(yīng)用。目前，用作吸附劑材料的材料體系主要有活性炭、天然吸附劑和合成吸附劑等，但價格普遍較高，且工藝復(fù)雜。固廢材料粉體具有吸附特性，因而為污水處理提供了途徑。常規(guī)的固廢粉體雖然具有吸附特性，但由于粒徑過小，且吸附后不容易剔除等缺陷，在實際應(yīng)用中有一定局限。

鋼渣和礦渣是冶金工業(yè)中的典型固廢，分別是煉鋼和高爐煉鐵過程中的伴生產(chǎn)物，主要成分由二氧化硅、氧化鋁等富硅鋁成分為主。粉煤灰是煤的燃燒過程中排出的微小灰粒。若三者能被利用，則可以變廢為寶。常規(guī)的利用是將三者用于水泥的原料，通過與水泥的配合，獲得具有一定力學(xué)性能的建筑結(jié)構(gòu)材料。而三者具有吸附特性，如果能利用三者的吸附性能，獲得高效吸附劑材料，則可實現(xiàn)廢渣的高值利用及廢水的處理，可使其功能化利用。借鑒水泥的制備思路，通過堿激發(fā)作用可將三者活化并結(jié)合，獲得一種新型的可以在低溫制備的綠色環(huán)保材料，可為新型多孔吸附材料的開發(fā)提供新思路。獲得的復(fù)合廢渣多孔材料成分可控，內(nèi)部具有特殊的三維網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)，且分布著微/納米級別的孔隙。目前，前期的研究表明，將鋼渣、礦渣、粉煤灰三者單一的引入不能獲得短時間低溫制備及孔隙的有效調(diào)控，而孔隙的分布直接影響著吸附材料的吸附性能，而將三者通過預(yù)混合及粒徑控制，以及與激發(fā)溶液的成分配比調(diào)控可以使三者與堿激發(fā)劑有效反應(yīng)，獲得的吸附材料吸附效率也有效提高，此外，將三者同步引入吸附材料的報道也相對較少。利用預(yù)混合及成分控制可以實現(xiàn)鋼渣/礦渣/粉煤灰復(fù)合廢渣多孔吸附材料的低溫、短時間的制備及對廢水中顏色和重金屬離子污染物的有效去除。這既是對廢渣的高效利用，也是對工業(yè)廢水中污染物的低成本去除，制備的多孔吸附材料可回收性強(qiáng)，原料成本低，制備流程簡單，工藝在室溫及低溫可以實現(xiàn)，適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對鋼渣、礦渣、粉煤灰廢渣的高值利用及多孔吸附材料的反應(yīng)制備問題，提供了一種通過控制原料活性及配比直接控制反應(yīng)進(jìn)程的方式，合成鋼渣/礦渣/粉煤灰復(fù)合廢渣多孔吸附材料的新工藝。利用鋼渣、礦渣、粉煤灰的吸附特性，通過合適的預(yù)混合及分散，實現(xiàn)鋼渣、礦渣、粉煤灰廢渣與堿激發(fā)溶液的短時間內(nèi)同步反應(yīng)，克服了以鋼渣、礦渣、粉煤灰三者同時為原料的吸附材料的制備問題，供了一種鋼渣/礦渣/粉煤灰復(fù)合廢渣多孔吸附材料的制備方法，解決了上述問題。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明利用控制原料活性及配比直接控制反應(yīng)進(jìn)程的方式的方法，獲得了鋼渣/礦渣/粉煤灰復(fù)合廢渣多孔吸附材料。該方法是以特定組成的鋼渣/礦渣/粉煤灰微米級的粉體、硅溶膠為主的堿性激發(fā)溶液為原料，鋼渣/礦渣/粉煤灰三者預(yù)先制粉并混合，氫氧化鉀/鈉激發(fā)溶膠溶液的制備，廢渣堿激活漿料的配置，鋼渣/礦渣/粉煤灰復(fù)合廢渣多孔材料的成型、顆粒化及堿性的去除步驟，獲得鋼渣/礦渣/粉煤灰復(fù)合廢渣多孔吸附材料。所獲得的吸附材料以非晶物相為主，表面分布微納米級別的孔隙。