本发明属于环境保护领域，具体涉及一种用固体废物制备的多孔材料。
背景技术：
随着工业和经济的飞速发展，大量市政、农业和工业固体废物随之产生。目前处理这些固体废物的主要方法为填埋和焚烧。但是，填埋处理除了有潜在的环境污染风险，还会占用大量宝贵的土地资源。焚烧会产生各种空气污染物及有毒的焚烧灰副产物，而且很多固体废物的热值低，不适合焚烧处理。因而，将固体废物转化为有价值的资源进行循环利用已成为国内外公认的固体废物处理最理想方法。固体废物资源化的技术主要集中于将固体废物转化为建筑材料，如将各种灰渣和污泥用于混凝土、水泥、砖、陶瓷等建材的生产添加料，也有将农业和园林废物转化为活性炭等吸附材料用于农业和环保领域。这些技术的共同点是要求固体废物原料性质均一稳定，而且转化产生的新材料性能和价值较低，应用领域较窄，另外，当固体废物中含有较高的水分和有机物的时候，用于建材会影响产品的性能，大规模应用的难度较大。也有用固体废物制造多孔轻质材料的技术，是通过回转窑等窑炉烧成工艺，将粘土和一些固体废物在850～1300摄氏度左右转化为多孔材料。该多孔材料可用作建筑行业的轻质料或园艺行业的无土栽培介质。因其产品附加值较高，对各种固体废物的接纳性较广等优势，正在成为废物资源化研究的焦点。但是，窑炉烧成工艺制备的多孔材料需要消耗粘土，多孔材料的性质难以控制，且烧成时间较长，能耗高，对工艺控制要求苛刻。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有固体废物制备的多孔材料需要消耗粘土，性质难以控制，烧成时间较长，能耗高，对工艺控制要求苛刻的缺陷，提供一种用途广泛，颗粒尺寸和形状可调，体积密度、孔隙大小、孔隙的闭孔率都可在大范围内调整，不需要消耗粘土，烧结时间短的用固体废物制备的多孔材料。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的用固体废物制备的多孔材料，其特征在于按重量计，其配方为固体废物母料50～97％，成型剂1～20％，发泡剂1～15％，助熔剂1～15％。
上述方案中，所述固体废物母料为垃圾焚烧底灰、垃圾焚烧飞灰、粉煤灰底灰、粉煤灰飞灰、污水处理污泥、水处理污泥焚烧灰、江河湖海底泥、钢渣、废活性炭、石化行业废催化剂、石化行业油泥、废玻璃、废塑料、废纸、废木料和秸秆中的二种或二种以上。
上述方案中，所述成型剂为硅酸钠、硅酸钾、硅烷偶联剂、硫酸钙、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或多种，发泡剂为空心微珠、碳黑、焦炭、碳酸钙、碳酸钠、碳酸锶、碳酸镁、氮化硅、碳化硅、白云石、硝酸铵和食糖中的一种或多种，助熔剂为氧化锂、氧化硼、氧化铋、氧化铅、氧化硅和氧化钼中的一种或多种。
上述方案中，所述固体废物母料中，按重量计，无机废物95％以上的颗粒尺寸小于100μm，有机废物95％以上的颗粒尺寸小于1mm。
本发明所采用的制备方法如下：
将固体废物母料、成型剂、发泡剂和助熔剂混合均匀，经坯体成型、微波加热和退火，制得多孔材料。
坯体成型为模具注浆、压制成型、轧模成型、圆盘造粒机成型或挤出机成型。
微波加热为批次或连续式微波加热，微波频率范围为800mhz～300ghz，微波功率为1～3000kw，加热时间为5～60分钟。
退火为自然冷却或强制通风冷却，退火时间为10～120分钟。
大颗粒尺寸的无机类废物如城市垃圾焚烧底灰、钢渣、废玻璃等，需要以颚式破碎机、棒式磨机或锤式破碎机进行初步粉碎后，进入水平式连续球磨机进行干式或湿式研磨，直至按重量计95％以上的颗粒尺寸研磨至小于100μm，最佳平均粒径在1～50μm范围内。
小颗粒的无机类废物如粉煤灰飞灰或污泥等，可直接进入球磨机研磨或不经过研磨。
有机类的废物如废木料、废纸和秸秆等，需要用剪切式粉碎机进行剪切粉碎，直至按重量计95％以上的颗粒尺寸小于1mm，最佳平均粒径为10～100μm。
如果废物所含杂质过多，可采用一次或多次水洗的方法进行杂质分离，也可采用筛分的方法去除尺寸过大的杂质。
本发明中的成型剂，可以帮助坯体成型为所需要的形状；发泡剂，其功能为形成设计的多孔结构；助熔剂，其功能为降低坯体烧结温度，节约能源。
混合设备可采用搅拌机、球磨机或其他同类粉体混合设备。混合时间应足够长，以保证各成分分布均匀和最终产品的性质均一。
本发明采用将成型剂、发泡剂和助熔剂复合的方式，大大扩展了可利用的固体废物的种类，不需要消耗粘土，并且可使用微波加热快速烧结工艺，得到的新型多孔材料具有不同孔径大小和开闭孔率，可以应用于饮用水和工业废水处理、餐厨垃圾处理、建筑业、农业、园林等多种领域，可作为吸附材料、细菌培养载体、建筑轻集料、无土栽培介质等新材料。
通过调整固体废物母料、成型剂、发泡剂和助熔剂的配方，调整成型和微波烧结工艺参数，本发明的多孔材料可以具有密度低、比表面积大、孔径大小和开闭可控、极端环境耐受性强、保温隔热、吸声、环境友好等独特的物化性质。具体如下：
(1)多孔材料的颗粒尺寸和形状可调，颗粒大小尺寸可以为单一尺寸或正态分布，颗粒平均尺寸可以为1～1000mm，颗粒形状可以为圆形、椭圆形、圆柱形及不规则形状。
(2)多孔材料的体积密度可以在0.005～1g/cm3之间调整。
(3)多孔材料的平均孔隙大小可以在0.001～10000μm之间调整，孔隙尺寸分布可以为单一尺寸或正态分布。
(4)多孔材料的孔隙的闭孔率，即与外界完全隔绝的孔隙的体积占全部孔隙体积的百分比，可以在0～100％间调整。
综上所述，本发明克服了现有固体废物制备的多孔材料需要消耗粘土，多孔材料性质难以控制，烧成时间较长，能耗高，对工艺控制要求苛刻的缺陷，提供的用固体废物制备的多孔材料用途广泛，颗粒尺寸和形状可调，体积密度、孔隙大小、孔隙的闭孔率都可在大范围内调整，不需要消耗粘土，烧结时间短。
具体实施例
下面通过实施例进一步详述本发明，但本发明不仅限于所述实施例。
实施例一
本例的用固体废物制备的多孔材料，由固体废物母料、成型剂、发泡剂和助熔剂组成，按重量计，固体废物母料为：垃圾焚烧底灰70％，粉煤灰飞灰10％，水处理污泥焚烧灰10％。成型剂为聚乙烯醇2％，发泡剂为碳酸镁2％，碳酸钠1％，食糖1％，碳黑3％，助熔剂为氧化铋1％。
将垃圾焚烧底灰、粉煤灰飞灰、水处理污泥焚烧灰在同一球磨机中干式研磨粉碎，直至按重量计95％以上的颗粒尺寸研磨至小于100μm，平均粒径为50μm。
本例所采用的制备方法如下：
将垃圾焚烧底灰、粉煤灰飞灰、水处理污泥焚烧灰、成型剂、发泡剂和助熔剂混合均匀，经坯体成型、微波加热和退火，制得多孔材料。
具体为：将各成分混合均匀后，用圆盘造粒机造粒成为平均粒径为1mm左右球状坯体。
将球状坯体送入连续微波加热系统进行快速烧成。微波频率为300ghz，功率为3000kw，加热时间为10分钟，退火时间为120分钟，退火方式为自然冷却。
烧成后的多孔材料为近球形，体积密度为0.15g/cm3，闭孔率为93％，显微观测孔径平均尺寸为约300μm。该多孔材料可作为优质轻集料用于轻质混凝土的制造。
实施例二
本例的用固体废物制备的多孔材料，固体废物母料为：江河湖海底泥40％，污水处理污泥40％，废木料5％，废纸3％，废塑料2％。成型剂为硫酸钙5％，硅烷偶联剂1％，发泡剂为碳酸锶1％，焦炭1％，碳酸钙1％，助熔剂为氧化硼1％。
废木料、废纸、废塑料粉碎为按重量计平均粒径95％以上的颗粒尺寸小于1mm。
将混合好的膏状体用挤出机造粒成为直径3mm、长度5mm的圆柱形坯体，静置坯体30分钟以上使其硬化。然后，将坯体送入连续式微波加热系统进行快速烧成。微波频率为2.45ghz，功率为1kw，加热时间为5分钟，退火时间为10分钟，退火方式为强制通风冷却。
烧成后的多孔材料为近圆柱形，体积密度为0.23-0.98g/cm3，开孔率为89％，显微观测孔径平均尺寸为约450μm。该高开孔率多孔材料比表面积90m2/g，含有残余碳元素在孔隙内，可作为优质廉价的细菌培养载体，用于水处理生物反应池或餐厨垃圾生物降解反应器。
其余同实施例一。
实施例三
本例的用固体废物制备的多孔材料，固体废物母料为：废玻璃74％，垃圾焚烧飞灰10％，秸秆10％，废活性炭3％。成型剂为硅酸钠1％，发泡剂为碳化硅1％，助熔剂为氧化硼1％。
将废玻璃、垃圾焚烧飞灰和废活性炭在同一球磨机中干式研磨粉碎至平均粒径为15μm；将秸秆粉碎至平均粒径为100μm。
将混合好的粉体用轧模机轧模成型为厚度为8mm、宽度为500mm的片状坯体。然后，将坯体送入连续式微波加热系统进行快速烧成。微波频率为22.5ghz，功率为10kw，加热时间为15分钟，退火时间为10分钟，退火方式为强制通风冷却。退火后的多孔材料用颚式破碎机粉碎为平均粒径为10mm的颗粒多孔材料。
该多孔材料为不规则形状，具有较宽颗粒尺寸分布。体积密度为0.4～0.58g/cm3，开孔率为85％，显微观测孔径平均尺寸为约150μm。该高开孔率多孔材料比表面积120m2/g，可作为优质廉价的吸附材料，用于工业废水处理吸附染料、有机物和重金属，也可用于土壤修复吸附重金属和有机污染物。
其余同实施例一。
实施例四
本例的用固体废物制备的多孔材料，固体废物母料为：石化行业废催化剂25％、石化行业油泥25％。成型剂为硅酸钠10％，硅酸钾10％，发泡剂为白云石10％，硝酸铵2％，氮化硅1％，食糖1％，焦炭1％，助熔剂为氧化锂5％，氧化硅5％、氧化钼5％。
将各成分混合均匀后，用模具压制成为10cm边长、5cm厚的正方形片状坯体。
将片状坯体送入连续微波加热系统进行快速烧成。微波频率为800mhz，功率为10kw，加热时间为60分钟，退火时间为120分钟，退火方式为自然冷却。
烧成后的多孔材料通过粉碎机粉碎为不规则形状，体积密度为0.35g/cm3，闭孔率为50％，显微观测孔径平均尺寸为约100μm。该多孔材料可作为无土栽培用的多孔介质。
其余同实施例一。
实施例五
本例的用固体废物制备的多孔材料，固体废物母料为：废玻璃40％、粉煤灰底灰10％，钢渣10％、秸秆10％。成型剂为聚乙二醇10％，发泡剂为空心微珠15％，助熔剂为氧化铅5％。
将废玻璃、粉煤灰底灰和钢渣在同一球磨机中干式研磨粉碎至平均粒径为15μm；将秸秆粉碎至平均粒径为100μm。
将各成分混合均匀后，加适量水，用模具注浆成型为边长为50cm，厚度为10cm的片状正方形坯体。
将片状坯体送入连续微波加热系统进行快速烧成。微波频率为2.45ghz，功率为50kw，加热时间为20分钟，退火时间为60分钟，退火方式为自然冷却。
烧成后的多孔材料经粉碎为不规则形状，体积密度为0.45g/cm3，闭孔率为95％，显微观测孔径平均尺寸为约250μm。该多孔材料可作为优质轻集料用于建筑业保温隔热材料或管道周围的回填料。
其余同实施例一。