本發(fā)明屬于廢棄物資源化領(lǐng)域，涉及一種含鈣硅的高性能重金屬吸附材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

伴隨科技、工業(yè)革命的進展以及工業(yè)化進程的迅猛加速，人類在不斷豐富社會財富的同時，產(chǎn)生了大量的工業(yè)、生活廢棄物以及有毒有害的危險廢棄物，這些固體廢棄物不斷破壞人類賴以生存的生活空間，嚴(yán)重危害著人類的永續(xù)生存。粉煤灰、城市垃圾焚燒飛灰作為兩種重要的廢棄物已逐漸被人們熟知，他們的資源化處置也給科研人員提出了巨大的考驗。

粉煤灰是粉煤燃燒后的細(xì)粒分散狀殘余物，主要來源于電廠粉煤爐以及沸騰爐，是燃煤電廠排出的主要固體廢物，每燃燒1t煤產(chǎn)生250～300kg粉煤灰。我國是世界上唯一以煤為主要能源的國家，隨著經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，粉煤灰的排放量與日俱增。建國以來，歷年排放未加利用而堆存的粉煤灰總量已達25億t以上，隨發(fā)電量不斷上升，粉煤灰排放量逐年增加，粉煤灰已經(jīng)成為我國累積堆貯量和占用耕地最多的工業(yè)廢棄物之一。也由此造成了粉煤灰的堆放和漂浮等問題，嚴(yán)重污染著大氣環(huán)境，還可能對人體健康造成嚴(yán)重的不良影響，這與目前節(jié)能、利廢、環(huán)保的基本國策嚴(yán)重背離。

隨著城市化進程的加快，城市廢棄物的排放量也在迅速的增加。為有效破壞垃圾中的有毒有害物質(zhì)和減少垃圾體積，近年來垃圾焚燒技術(shù)已成為處理城市廢棄物的一種主要手段。焚燒灰渣是從垃圾焚燒爐的爐排下和煙氣除塵器、余熱鍋爐等收集下來的排出物，主要是不可燃的無機物以及部分未燃盡的有機物，其中，垃圾焚燒飛灰是指煙氣凈化系統(tǒng)收集而得的殘余物，約占灰渣10％-20％。垃圾焚燒飛灰的主要成分與高爐礦渣、粉煤灰等非常接近，均屬于sio2-cao-al2o3-fe2o3體系。由于垃圾飛灰含有高濃度能被水浸出的可溶性cd²+、pb²+、cr³+等多種有害重金屬，還含有二噁英和呋喃等有機物，已被《國家危險廢物名錄》規(guī)定為編號為hw18的危險廢物，垃圾飛灰的穩(wěn)定化處理也已迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種含鈣硅的高性能重金屬吸附材料及其制備方法。該方法是一種節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本的可規(guī)?；a(chǎn)高性能吸附材料的方法，以廢棄物粉煤灰或垃圾焚燒飛灰為原料，制得高性能的重金屬吸附材料。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種含鈣硅的重金屬吸附材料的制備方法，包含如下步驟：

(1)、將含鈣硅的粉體材料加入反應(yīng)溶液中混合，液固比為20～30ml/g；所述含鈣硅的粉體材料的鈣硅比為(0.8～2.0):1；所述液固比優(yōu)選為25ml/g。

(2)、步驟(1)得到的混合物放置于水熱反應(yīng)釜中反應(yīng)，反應(yīng)溫度為150～250℃，反應(yīng)時間為10h～36h，所述步驟(2)中水熱反應(yīng)釜中的反應(yīng)壓力為0.48～3.95mpa；

優(yōu)選地，所述步驟(2)中水熱反應(yīng)釜中的反應(yīng)壓力為2.35mpa

所述含鈣硅的粉體材料為粉煤灰和氫氧化鈣，當(dāng)所述粉煤灰中的鈣硅比沒有達到(0.8～2.0):1時，加入氫氧化鈣作為輔助鈣源，至其鈣硅比達到(0.8～2.0):1。

所述含鈣硅的粉體材料為粉煤灰和垃圾焚燒飛灰的混合物。

所述含鈣硅的粉體材料為粉煤灰、垃圾焚燒飛灰和氫氧化鈣的混合物，當(dāng)所述粉煤灰和垃圾焚燒飛灰的混合物的鈣硅比沒有達到(0.8～2.0):1時，加入氫氧化鈣作為輔助鈣源，至其鈣硅比達到(0.8～2.0):1。

所述粉煤灰或垃圾焚燒飛灰通常包含組分為sio2、a12o3、fe2o3、mgo、cao、k2o、na2o、p2o5和so3等。

所述步驟(1)中所述的反應(yīng)溶液為濃度為0.1～5mol/l的氫氧化鈉溶液，優(yōu)選0.1～2mol/l的氫氧化鈉溶液；

水熱合成反應(yīng)在高溫、高壓的密閉水熱反應(yīng)釜中進行，水熱合成中水組分是水熱反應(yīng)的環(huán)境介質(zhì)和反應(yīng)載體，堿是影響水熱進程及水熱方向的重要因素。堿的引入，不但可以提高固體廢棄物在水熱溶液中的溶解度，且提高了其溶解度溫度系數(shù)；不同堿濃度均會對反應(yīng)進程和反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生重要影響，步驟(1)反應(yīng)溶液也可以僅為水，但反應(yīng)進程較慢慢。

所述步驟(2)中混合物在水熱反應(yīng)釜中的填充度為30～70％。

一種由上述方法制得的含鈣硅的重金屬吸附材料，該重金屬吸附材料的比表面積為23～48m²/g，孔徑為20～50nm，粒徑主要分布在1-100μm，中位徑均為15.65μm。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明以粉煤灰和垃圾焚燒飛灰為主要前驅(qū)物，分別以氫氧化鈣和氫氧化鈉為輔助鈣源和堿性添加劑，并分別確定最佳鈣硅比、適宜堿摻量、最佳反應(yīng)溫度、最佳反應(yīng)時間、最適宜填充度等多項水熱反應(yīng)條件，合成了含鈣硅的高性能重金屬吸附材料，如粉煤灰基重金屬吸附劑和粉煤灰-垃圾焚燒飛灰基重金屬吸附劑，該吸附材料對重金屬的吸附率可以達到99％以上，在為廢棄物市垃圾焚燒飛灰、粉煤灰的資源化利用提供了途徑，減輕了環(huán)境負(fù)擔(dān)的同時，可以對嚴(yán)重危害自然環(huán)境和人體健康的重金屬起到良好的吸附作用，減輕其對社會的危害，符合當(dāng)前社會發(fā)展的趨勢，具有良好的經(jīng)濟效益與社會效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1所得粉煤灰基重金屬吸附材料的sem圖。

圖2為本發(fā)明實施例2所得粉煤灰‐垃圾焚燒飛灰基重金屬吸附材料的sem圖。

具體實施方式

以下結(jié)合具體的實施例，對本發(fā)明做進一步的闡述，實施例僅用于對本發(fā)明的說明而不是對本發(fā)明的限制。

下述實施例采用燃煤電廠排出的粉煤灰和城市的垃圾焚燒飛灰做為含鈣硅的粉體材料制備重金屬吸附材料，粉煤灰和城市垃圾焚燒飛灰的主要成分見表1。

表1(單位：wt％)

實施例1

制備粉煤灰基重金屬吸附材料：

(1)取鈣硅比(c/s)為0.23的粉煤灰(含鈣硅的粉體材料)1.96g，加入氫氧化鈣0.84g至其鈣硅比(c/s)達到1.1:1，加入濃度為0.2mol/l的氫氧化鈉溶液70ml混合，液固比為25ml/g；

(2)步驟(1)所得混合物放置于水熱反應(yīng)釜中反應(yīng)，填充度為70％，反應(yīng)溫度為220℃，反應(yīng)時間為10h，反應(yīng)壓力為2.35mpa，反應(yīng)完成后出料即得本實施例所述的粉煤灰基重金屬吸附材料(即含鈣硅的重金屬吸附材料)。

圖1為本實施例所得粉煤灰基重金屬吸附材料的sem圖，該重金屬吸附材料的比表面積為28.259m²/g，孔徑主要分布在20-50nm，粒徑主要分布在1-100μm，中位徑均為15.65μm。

將本實施例所得的粉煤灰基重金屬吸附劑，分別以4g/l的固液比吸附0.1g/l的含pb²⁺重金屬溶液中的pb²⁺，以4g/l的固液比吸附0.1g/l的含cu²⁺重金屬溶液中的cu²⁺，吸附效率見表2。

實施例2

制備粉煤灰-垃圾焚燒飛灰基重金屬吸附材料：

(1)取粉煤灰和垃圾焚燒飛灰的混合物作為含鈣硅的粉體材料，其中，粉煤灰1.05g，垃圾焚燒飛灰1.75g(垃圾焚燒飛灰所占復(fù)摻比例為質(zhì)量比62.6％)，該混合物的鈣硅比(c/s)為1.0(大于0.8，無需加入作為補充鈣源的氫氧化鈣)，加入濃度為0.2mol/l的氫氧化鈉溶液70ml混合，液固比為25ml/g；

(2)步驟(1)所得混合物放置于水熱反應(yīng)釜中反應(yīng)，填充度為70％，反應(yīng)溫度為220℃，反應(yīng)時間為10h，反應(yīng)壓力為2.35mpa，反應(yīng)完成后出料即得本實施例所述的粉煤灰-垃圾焚燒飛灰基重金屬吸附材料(即含鈣硅的重金屬吸附材料)。

圖2為本實施例所得粉煤灰-垃圾焚燒飛灰基重金屬吸附材料的sem圖，該重金屬吸附材料的比表面積45.939m²/g，與實施例1基本相同，其孔徑主要分布在20-50nm，粒徑，主要分布在1-100μm，中位徑均為15.65μm。

將本實施例所得的粉煤灰基重金屬吸附劑，分別以4g/l的固液比吸附0.1g/l的含pb²⁺重金屬溶液中的pb²⁺，以4g/l的固液比吸附0.1g/l的含cu²⁺重金屬溶液中的cu²⁺，吸附效率見表2。

表2

上述對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。