1.本发明涉及一种高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，及其在吸附处理含重金属和染色剂废水中的应用，属于无机材料制备及环境保护与污染治理技术领域。
背景技术：
2.钒钛磁铁矿冶炼生铁后会产生一种tio2含量大于10％的熔融渣，在空气中自然冷却或水淬便得到高炉钛矿渣。其化学成份与普通矿渣相似，主要为cao、sio2、al2o3等，但由于其高tio2含量，在冷却过程中，容易与cao结合形成稳定的钙钛矿、钛辉石等稳定岩相矿物，致使其玻璃相含量较低，活性较普通矿渣有较大的差距。
3.磷酸盐化学键合陶瓷是通过常温下的碱土金属氧化物与磷酸或酸式磷酸盐之间的酸碱反应形成，具有快凝、早期强度高的特点，被广泛应用于医用材料、道路抢修、重金属及危险废物固化等领域。但由于原料通常为纯的金属氧化物，制备成本过高，并且为了降低其反应活性，改善材料制备工艺的可操作性，往往原料需要在1500℃以上高温煅烧，造成材料制备能耗高。因此，需要寻找一种价格低廉的原料替代金属氧化物，降低材料制备成本，提高其可操作性。
技术实现要素：
4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，不仅解决了废渣大量堆放污染土地的问题，而且能够解决重金属和染色剂在废水中的污染。
5.本发明高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料其原料组成为高炉钛矿渣、磷酸盐、氧化镁、水、双氧水；具体是高炉钛矿渣92
‑
98重量份、磷酸盐15
‑
33重量份、氧化镁2
‑
8重量份、水15
‑
30重量份、双氧水0.5
‑
2重量份。
6.所述高炉钛矿渣为经过粉磨后过80目筛，筛余量小于5％的废渣粉。
7.所述磷酸盐为磷酸二氢铵或磷酸二氢钾。
8.所述氧化镁纯度为98％，并于900℃下煅烧4
‑
6h。
9.本发明另一目的是将上述高炉钛矿渣多孔磷酸盐材料应用在重金属吸附中，或应用在染色剂废水处理中。
10.本发明技术方案的优点与技术效果：
11.本发明采用高炉钛矿渣为主要原料，配合磷酸盐、氧化镁、双氧水和水，制备出高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，本发明方法制得的材料具有比表面积高、吸附活性位点丰富、密度低等优点；将该材料应用在吸附重金属和染色剂中，实验结果显示该材料对重金属和染色剂具有较好的吸附性能，使用高炉钛矿渣作为原料来制备多孔磷酸盐水泥材料，不仅能够有效降低成本，而且提高了高炉钛矿渣的综合利用率，为废水治理提供了新思路。
具体实施方式
12.为了更好地理解本发明的内容，下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细说
明，但本发明保护范围不局限于所述内容，实施例中氧化镁纯度为98％，并于900℃下煅烧5h；本实施例中来自攀钢的高炉钛矿渣主要成分如下：
13.成分tio2al2o3mgocaofeofe2o3含量21～2314.2～15.88.0～8.920～302.4～2.62.7～6.3成分mfesio2v2o5cmno
2 含量1～317.1～19.40.2～0.250.4～5.20.3～0.5 ；
14.实施例1：本高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料由高炉钛矿渣97g、氧化镁3g、磷酸二氢铵25g、水25g、双氧水1.3g组成；高炉钛矿渣经过粉磨过80目筛，筛余量小于5％；
15.称取上述物料混合后搅拌3min，迅速倒入20mm
×
20mm
×
20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，制得高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料试样，试样成型3h后脱模，采用自然养护方式养护至一定龄期测试其抗压强度，试样3d抗压强度0.8mpa，孔隙率为74.5％，体积密度为0.8736g/cm3。
16.将上述方法制得的固化块粉碎后用于重金属吸附实验，待处理废水为50ml浓度100mg/l的硝酸铜溶液，在硝酸铜溶液中添加1g粉碎后的高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，在恒温震荡仪中搅拌处理180min，用注射器吸取上层清液，利用分光光度计测得上清液中所含铜离子的吸光度，根据标准曲线(配制不同cu
2+
浓度的标准溶液，测吸光度值，绘制标准曲线)计算溶液中的重金属cu
2+
含量，该材料对cu
2+
的去除率为96％，吸附容量约为4.8mg/g；
17.将上述方法制得的固化块粉碎后用于染色剂吸附实验，待处理废水为100ml浓度100mg/l的亚甲基蓝溶液，在废水中添加1g粉碎后的高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，在恒温震荡仪中搅拌处理180min，采用注射器吸取上层清液，利用分光光度计测得清液中亚甲基蓝的吸光度，根据标准曲线(配制不同亚甲基蓝浓度的标准溶液，测吸光度值，绘制标准曲线)计算溶液中的亚甲基蓝含量，该材料对亚甲基蓝的去除率为95.8％，吸附容量为4.79mg/g。
18.实施例2：本高炉钛矿渣基多孔磷酸盐水泥由高炉钛矿渣95g、氧化镁5g、磷酸二氢铵20g、水30g、双氧水1.5g组成；高炉钛矿渣经过粉磨过80目筛，筛余量小于5％。
19.称取上述物料混合后搅拌3min，迅速倒入20mm
×
20mm
×
20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，制得高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料试样，试样成型3h后脱模，采用自然养护方式养护至一定龄期测试其抗压强度，试样3d抗压强度0.9mpa，孔隙率为72.5％，体积密度为0.8962g/cm3。
20.将上述方法制得的固化块粉碎后用于重金属吸附实验，待处理废水为50ml浓度100mg/l的硝酸铜溶液，在硝酸铜溶液中添加1g粉碎后的高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，在恒温震荡仪中搅拌处理180min，用注射器吸取上层清液，利用分光光度计测得上清液中所含铜离子的吸光度，根据标准曲线(配制不同cu
2+
浓度的标准溶液，测吸光度值，绘制标准曲线)计算溶液中的重金属cu
2+
含量，该材料对cu
2+
的去除率为95.3％，吸附容量约为4.5mg/g。
21.将上述方法制得的固化块粉碎后用于染色剂吸附实验，待处理废水为100ml浓度100mg/l的甲基橙溶液，在废水中添加1g粉碎后的高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，在恒温震荡仪中搅拌处理180min，采用注射器吸取上层清液，利用分光光度计测得清液中亚甲基蓝
的吸光度，根据标准曲线(配制不同甲基橙浓度的标准溶液，测吸光度值，绘制标准曲线)计算溶液中的亚甲基蓝含量，得出该水泥对甲基橙的去除率为94.6％，吸附容量约为4.73mg/g。
22.实施例3：本高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料由高炉钛矿渣95g、氧化镁7g、磷酸二氢铵16.5g、水23.3g、双氧水1.0g组成；高炉钛矿渣经过粉磨过80目筛，筛余量小于5％；
23.称取上述物料混合后搅拌3min，迅速倒入20mm
×
20mm
×
20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，制得高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料试样，试样成型3h后脱模，采用自然养护方式养护至一定龄期测试其抗压强度，试样3d抗压强度1.3mpa，孔隙率为65.4％，体积密度为1.032g/cm3。
24.将上述方法制得的固化块粉碎后用于重金属吸附实验，待处理废水为50ml浓度100mg/l的硝酸铜溶液，在硝酸铜溶液中添加1g粉碎后的高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，在恒温震荡仪中搅拌处理180min，用注射器吸取上层清液，利用分光光度计测得上清液中所含铜离子的吸光度，根据标准曲线(配制不同cu
2+
浓度的标准溶液，测吸光度值，绘制标准曲线)计算溶液中的重金属cu
2+
含量，该材料对cu
2+
的去除率为91.8％，吸附容量约为4.2mg/g。
25.将上述方法制得的固化块粉碎后用于染色剂吸附实验，待处理废水为100ml浓度100mg/l的亚甲基蓝溶液，在废水中添加1g粉碎后的高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，在恒温震荡仪中搅拌处理180min，采用注射器吸取上层清液，利用分光光度计测得清液中亚甲基蓝的吸光度，根据标准曲线(配制不同亚甲基蓝浓度的标准溶液，测吸光度值，绘制标准曲线)计算溶液中的亚甲基蓝含量，该材料对亚甲基蓝的去除率为90.5％，吸附容量为4.65mg/g。
26.实施例4：本高炉钛矿渣基多孔磷酸盐水泥由高炉钛矿渣98g、氧化镁2g、磷酸二氢钾25g、水30g、双氧水1.0g组成；高炉钛矿渣经过粉磨过80目筛，筛余量小于5％。
27.称取上述物料混合后搅拌3min，迅速倒入20mm
×
20mm
×
20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，制得高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料试样，试样成型3h后脱模，采用自然养护方式养护至一定龄期测试其抗压强度，试样3d抗压强度0.65mpa，孔隙率为69.4％，体积密度为0.986g/cm3；
28.将上述方法制得的固化块粉碎后用于重金属吸附实验，待处理废水为50ml浓度100mg/l的硝酸铜溶液，在硝酸铜溶液中添加1g粉碎后的高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，在恒温震荡仪中搅拌处理180min，用注射器吸取上层清液，利用分光光度计测得上清液中所含铜离子的吸光度，根据标准曲线(配制不同cu
2+
浓度的标准溶液，测吸光度值，绘制标准曲线)计算溶液中的重金属cu
2+
含量，该材料对cu
2+
的去除率为87.5％，吸附容量约为3.9mg/g。
29.将上述方法制得的固化块粉碎后用于染色剂吸附实验，待处理废水为100ml浓度100mg/l的甲基橙溶液，在废水中添加1g粉碎后的高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，在恒温震荡仪中搅拌处理180min，采用注射器吸取上层清液，利用分光光度计测得清液中亚甲基蓝的吸光度，根据标准曲线(配制不同甲基橙浓度的标准溶液，测吸光度值，绘制标准曲线)计算溶液中的亚甲基蓝含量，得出该水泥对甲基橙的去除率为88.6％，吸附容量约为4.2mg/g。
30.实施例5：本高炉钛矿渣基多孔磷酸盐水泥由高炉钛矿渣97g、氧化镁3g、磷酸二氢钾20g、水24g、双氧水0.8g组成；高炉钛矿渣经过粉磨过80目筛，筛余量小于5％。
31.称取上述物料混合后搅拌3min，迅速倒入20mm
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20mm
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20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，制得高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料试样，试样成型3h后脱模，采用自然养护方式养护至一定龄期测试其抗压强度，试样3d抗压强度1.65mpa，孔隙率为56.2％，体积密度为1.04362g/cm3。
32.将上述方法制得的固化块粉碎后用于重金属吸附实验，待处理废水为50ml浓度100mg/l的硝酸铅溶液，在硝酸铅溶液中添加1g粉碎后的高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，在恒温震荡仪中搅拌处理180min，用注射器吸取上层清液，利用分光光度计测得上清液中所含铜离子的吸光度，根据标准曲线(配制不同pb
2+
浓度的标准溶液，测吸光度值，绘制标准曲线)计算溶液中的重金属pb
2+
含量，该材料对pb
2+
的去除率为85.8％，吸附容量约为3.75mg/g。
33.实施例6:本高炉钛矿渣基多孔磷酸盐水泥由高炉钛矿渣95g、氧化镁5g、磷酸二氢钾33g、水28g、双氧水1g组成；高炉钛矿渣经过粉磨过80目筛，筛余量小于5％；
34.称取上述物料混合后搅拌3min，迅速倒入20mm
×
20mm
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20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，制得高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料试样，试样成型3h后脱模，采用自然养护方式养护至一定龄期测试其抗压强度，试样3d抗压强度1.75mpa，孔隙率为57.4％，体积密度为1.302g/cm3；
35.将上述方法制得的固化块粉碎后用于重金属吸附实验，待处理废水为50ml浓度100mg/l的硝酸铅溶液，在硝酸铅溶液中添加1g粉碎后的高炉钛矿渣基多孔磷酸盐材料，在恒温震荡仪中搅拌处理180min，用注射器吸取上层清液，利用分光光度计测得上清液中所含铜离子的吸光度，根据标准曲线(配制不同pb
2+
浓度的标准溶液，测吸光度值，绘制标准曲线)计算溶液中的重金属pb
2+
含量，该材料对pb
2+
的去除率为87.2％，吸附容量约为3.9mg/g。