本发明属于垃圾填埋场中腐殖土资源化利用领域，具体地说，涉及一种利用腐殖土制备多孔铝硅酸盐玻璃的方法及多孔铝硅酸盐玻璃。
背景技术：
1、我国部分垃圾填埋场未对垃圾进行分类，电池、镀金材料、电子元件等重金属含量较高的垃圾也随着普通生活一起填入垃圾填埋场，导致填埋场垃圾重金属较高。自然界中的重金属难以被生物降解，其不仅能够破坏生态环境，而且能够通过食物链富集进入人体，对人体健康造成较大的影响。垃圾填埋场中陈腐垃圾经过筛分后得到腐殖土，腐殖土，是植物枝叶在土壤中经过微生物分解发酵后形成的营养，腐殖土中的重金土含量远高于未污染的土壤，如何利用垃圾填埋场中腐殖土并减少腐殖土中重金属对环境或人体造成伤害，是一个难题。
2、多孔材料是一种具有多孔结构的材料，具有相对密度低、比表面积大、孔隙率高等优点，广泛应用于催化、吸附剂、能源、生物医药等领域。我国垃圾填埋场腐殖土存量巨大，亟待处理。腐殖土中硅铝含量较高，可作为硅铝源，可采用一定工艺先将腐殖土转变为凝胶，再通过溶胶-凝胶法可将凝胶制备成多孔铝硅酸盐玻璃。同时在利用腐殖土制备多孔铝硅酸盐玻璃的过程中，通过酸浸活化后的腐殖土，使得土壤中的铁铝转化为离子态，固液分离得到fe3+、al3+离子，可作为净水剂，具有较好的应用前景，这使得腐殖土主要元素得到充分利用。
3、但由于腐殖土中杂质较多，主要为金属离子和有机物，金属离子的存在一方面会导致凝胶不易形成，另一方面会影响得到的多孔材料的性能；另外，腐殖土中的有机物经过高温煅烧，有机物质碳化成碳，存在颗粒内部碳，由于处在缺氧的状态，不能够完全燃烧，会仍然以炭黑的形式存在，该部分炭黑颗粒较大，会影响凝胶结构，导致最终制备的多孔材料强度较差。并且，腐殖土中无机颗粒被有机胶体包裹，且腐殖土中的硅酸盐(铝硅酸盐是指硅酸盐中的sio4四面体的一部分由alo4四面体取代组成)种类较多，部分耐酸碱性较强，与碱反应速率较慢，制备效率较低。
4、此外，腐殖土经过高温、酸溶、固液分离等步骤处理后，可以得到含有硅酸钠的溶液，但硅酸钠大多存在于固体中，溶液中的硅酸钠含量较少，因此直接用固液分离后的含有硅酸钠的溶液制备多孔材料会导致硅的利用效率较低，不能较好实现腐殖土的资源化。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对腐殖土中含有金属离子、有机物等杂质，制备的多孔玻璃的机械性能、化学稳定性较差，由于无机胶质包裹等产生的反应速率较慢，进而导致腐殖土不能有效资源化利用、腐殖土中硅利用效率较低的问题。本发明通过将腐殖土充分活化，并将活化后的腐殖土与酸反应，除去可溶性离子，得到相对纯净的沉淀物质，接着在常压条件下使得沉淀物质与碱反应，生成硅酸钠-铝酸钠溶液，最后经过除杂、老化、干燥等步骤后，制备得到多孔铝硅酸盐玻璃。该方法提高了反应速率，除杂效果较好，制备的多孔铝硅酸盐玻璃机械性能、化学稳定性较好，实现了腐殖土高价值资源化利用，适合大规模处理腐殖土。为实现上述目的，本发明提供了一种利用腐殖土制备多孔铝硅酸盐玻璃方法及多孔铝硅酸盐玻璃，具体技术方案如下：
2、本发明的第一个方面，提供了一种利用腐殖土制备多孔铝硅酸盐玻璃的方法，包括以下步骤：
3、(1)将腐殖土与碳酸钠混合，通过煅烧、球磨筛分，得到粒径小于100目活化腐殖土；
4、(2)向小粒径活化腐殖土中滴加酸性溶液至ph值为1以下进行反应，静置后进行固液分离，得到含有硅酸、铝硅酸盐矿物以及碳的沉淀物质，洗涤沉淀物质至ph值为2～3；
5、(3)向沉淀物质中滴加碱性溶液ph值至11～14进行反应，然后再固液分离，得到硅酸钠-铝酸钠混合溶液；
6、(4)向硅酸钠-铝酸钠混合溶液中，滴加酸性溶液至ph值为9～10，得到凝胶，然后进行老化、洗涤、溶剂置换和干燥，得到多孔铝硅酸盐玻璃。
7、具体的，步骤(1)中的腐殖土是由陈腐垃圾经过多级筛分处理得到的，所述多级筛分为多级滚筒筛分，第一级滚筒筛孔径为10～15cm，第二级滚筒筛孔径为5～8cmm，第三级滚筒筛为0.5～1cm；
8、具体的，步骤(1)中所述腐殖土与碳酸钠的质量比为1：0.2～1，煅烧温度为750～1050℃，煅烧时间为1～3h；通过煅烧进行活化，在高温下，腐殖土与碳酸钠等物质反应，使得土壤中矿物的晶体结构与组成发生改变，且呈现较强的碱性，从而可以与酸发生反应；
9、具体的，步骤(1)中所述筛分使用网筛进行筛分，网筛孔径小于100目；粒径小，与酸的接触面积大，酸浸时间缩短，且离子更容易从土壤颗粒中扩散出来，离子析出更充分。分离出离子主要为fe3+和al3+，可作为净水剂，具有较好经济价值。
10、具体的，步骤(2)中所述酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸溶液中的一种，酸的浓度为1～5mol/l；
11、具体的，步骤(2)中所述静置的时间为3～12h；
12、具体的，步骤(2)中所述反应的温度为60～98℃，时间为0.5～2h。
13、具体的，步骤(2)中所述洗涤的试剂为水，通过水洗沉淀物质，可以去除沉淀物质中残留的可溶性al3+、fe3+、ca2+、h+、重金属离子、以及cl-、so42-、no3-等阴离子，得到相对纯净的硅胶，使得后续反应更容易调控。
14、具体的，步骤(2)中通过酸溶和固液分离出去部分金属离子，由于活化后的一部分铝，以si-o-al网络结构的矿物存在，这一部分铝比较难被酸析出，故而会有铝残留。铝可以提高玻璃的化学稳定性、机械强度，热温定性、拉伸弹性模量，降低析晶倾向降低，使得玻璃具有优良的机械、化学以及力学性能。
15、具体的，步骤(3)中所述碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾溶液中的一种，碱的浓度为6～10mol/l。
16、具体的，步骤(3)中所述的反应温度为60～98℃，反应时间为6～24h。
17、具体的，步骤(4)中所述酸性溶液为盐酸、硫酸和硝酸中的一种，浓度为0.2～1mol/l；
18、具体的，步骤(4)中所述老化的过程为静置24～48h；
19、具体的，步骤(4)中所述洗涤的试剂为水，洗涤的次数为1～4次；
20、具体的，步骤(4)中所述溶剂置的溶剂为低表面张力有机溶剂；所述低表面张力有机溶剂选自乙醇、异丙醇和正已烷中的一种或多种；
21、具体的，步骤(4)中所述溶剂置换的次数为1～4次，每次溶剂置换凝胶与加入的所述低表面张力有机溶剂的质量比为1：1～3，每次溶剂置换时间为3～12小时。
22、具体的，步骤(4)中所述干燥的程序为：
23、第一阶段：室温下干燥12～24h；
24、第二阶段：从室温升高至80～100℃，升温速度为1～3℃/min，并保温2～3h；
25、第三阶段：从80～100℃升至120～140℃，升温速度为1～3℃/min，并保温1～2h；
26、第四阶段：从120～140℃升至350～400℃，升温速度为3～5℃/min，并保温2～3h。
27、上述干燥过程中，在高温下老化后凝胶网络结构的内部质点发生迁移，使得网络结构更加稳定，提高了多孔铝硅酸盐玻璃的机械强度。
28、本发明的第二个方面，提供了一种根据上述任一项所述的方法制备得到的多孔铝硅酸盐玻璃。
29、本发明提供的方法，反应过程如下：
30、通过将土壤和碳酸钠混合，在高温下煅烧，使得土壤中的硅酸盐与碳酸钠反应，从而降低土壤的耐酸碱性，使得土壤易与酸碱发生反应，提高土壤活性。同时，高温煅烧可以除去大部分土壤中有机物质，破坏土壤结构，使得土壤中无机质不再被有机胶体包裹，减少后续土壤与酸碱反应难度，提高反应速率；
31、高温活化后的腐殖土呈现较强的碱性，向其中滴加盐酸后，并控制ph值为1以下，发生较为激烈的酸碱中和反应，此时腐殖土中的fe3+，ca2+，以及部分的al3+从土壤中以离子形式释放出来；静置一段时间后产生沉淀，通过固液分离可以除去fe3+，ca2+，部分的al3+以及重金属离子，得到沉淀物，沉淀物为硅酸、铝硅酸盐矿物以及杂质碳构成；
32、再将沉淀的ph值调至11～14，溶液中剩余的金属离子会生成沉淀，同时固体中的硅酸、铝硅酸盐矿物与碱发生反应，生可溶性硅酸钠、铝酸钠，会集中在溶液中，通过固液分离可以除去金属离子和高温段烧后残留的碳粒，得到纯净的硅酸钠-铝酸钠溶液。
33、将纯净硅酸钠-铝酸钠溶液将ph调节至9～10后，硅酸钠、铝酸钠发生缩合反应生成溶胶；溶胶经过静置老化后，胶粒间缓慢聚合，形成三维网络结构的凝胶；凝胶经过干燥和热处理后，网络结构变得更加稳定，从而制备出多孔结构的铝硅酸盐玻璃。利用该纯净的硅酸钠-铝酸钠溶液制备多孔铝硅酸盐玻璃，具有较好的化学稳定性和机械强度。
34、本发明方法具有如下有益效果：
35、(1)本发明通过对腐殖土进行包括高温活化、酸浸提(使用酸来溶解物质，从而将溶解物质从其他物质中分离出来的方法)、碱反应等过程，除杂效果较好，得到的硅酸钠-铝酸钠溶液纯度较高，制备的多孔铝硅酸盐玻璃机械性能，化学稳定性较好。
36、(2)本发明通过将一定比例的腐殖土与碳酸钠高温煅烧活化后，腐殖土中矿物的晶体结构与组成发生改变，且呈现较强的碱性，向其中加入酸后，发生较为激烈的酸碱中和反应，生成硅酸等，并使得重金属、fe3+、和部分al3+从土壤中析出，经过固液分离，可得到包括重金属、fe3+、al3+等离子，回收利用后具有较好的经济价值。
37、(3)本发明采用腐殖土制备多孔铝硅酸盐玻璃，一方面腐殖土成本较低，降低了多孔铝硅酸盐玻璃的制备成本，另一方面实现了较难处理的腐殖土的资源化，并且较大程度的提高了腐殖土的附加价值。