一种制备雪硅钙石的方法以及雪硅钙石

本发明涉及固废资源化利用领域，具体涉及一种制备雪硅钙石的方法以及雪硅钙石。

背景技术：

1、随着越来越多的生活垃圾产生，垃圾焚烧技术由于其减少空间用量以及可以焚烧发电的优势逐渐代替垃圾填埋，但随之而来的问题就是产生的飞灰处理问题，由于其含有较多的重金属以及二噁英导致其成为危险废弃物(废弃物代码772-002-18)，直接填埋可能会造成有害物质流失引起会造成环境污染，目前对飞灰的处理方式主要是水泥窑协同处置、固化稳定填埋，但是前者由于飞灰中大量的氯盐造成水泥品质下降，且存在重金属稳定效果差有二次浸出的危害，后者则需要更大的填埋空间给土地资源造成巨大负荷，随着垃圾焚烧飞灰需要处理的比例越来越高，这使得实现飞灰无害化以及资源化利用的的技术需求迫在眉睫。硅酸钙材料是一种具有较大比表面积以及丰富孔洞的硅酸盐材料，其在吸附领域有着独特的能力，包括有机污染物，水中磷、金属的吸附。而雪硅钙石就是硅酸钙材料的一种，其在保温材料、催化、吸附等领域均有较多的应用。

2、凹凸棒石(又称坡缕石，palygorskite，atp)是一种含水富镁铝的硅酸盐黏土矿物，其在我国有大量储存，凹凸棒石提纯残渣是由对凹凸棒石提纯过程中产生的固体废弃物，主要是由石英砂组成。凹凸棒石提纯过程中会产生大量的的残渣，直接用来填埋会造成低附加值利用，由于其量多且成本低廉，因此可以用其作为合成硅酸钙的硅源。

3、目前，对于使用飞灰资源化的的文章已有报道，其中中国专利申请cn101519220a公布了一种使用垃圾焚烧飞灰与铝酸盐水泥合成水化氯铝酸钙的方法，生成的氯铝酸钙可以做到稳定固化飞灰中的重金属，并且稳定后的固相可以用于水泥窑，但是前提是必须将氯盐水洗干净，此外水洗过程中可能会有有毒有害物质进入水洗液；还有专利申请cn115970629a公布了一种利用垃圾焚烧飞灰制备高性能吸附材料的方法，通过使用过硫酸盐、高铁酸盐以及锰离子对飞灰进行解毒，再辅以水玻璃和矿粉制备高性能吸附材料，其对铅最高吸附容量22.16mg/g、镉最高吸附容量27.54mg/g，此方法虽然对飞灰进行了资源化利用，但是成本程序复杂，吸附性能不高。

技术实现思路

1、本发明针对上述技术问题，提供一种制备雪硅钙石的方法，利用吸附重金属用凹凸棒石提纯残渣与飞灰来实现，无需复杂的工艺，操作简单，生产成本低，所获得的雪硅钙石具有极高的孔隙率以及比表面积，可以对水中重金属进行有效的吸附，并且易于进行工业化应用。

2、为达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一方面，本发明提供一种制备雪硅钙石的方法，包括步骤a：将凹凸棒石提纯残渣、碱与去离子水混合搅拌超声得到第一浆料，将飞灰与去离子水混合搅拌超声得到第二浆料；步骤b：将步骤a中的第一浆料与第二浆料缓慢加入旋转液膜反应器循环反应制备成均一的前驱体浆液；步骤c：将步骤b所述的前驱体浆液置于反应釜中在均相反应器中水热处理，后再经真空抽滤、水洗至中性、烘干干燥后，得到雪硅钙石。

4、进一步地，步骤a中所述凹凸棒石提纯残渣包括二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙，所述飞灰包括碱式氯化钙、硫酸钙、氢氧化钙、氧化铁、氧化铝、氧化镁、氧化锌；

5、进一步地，步骤a中所述的第一浆料中凹凸棒石提纯残渣与第二浆料中飞灰质量比为40：20～100，所述第一浆料与第二浆料的固体与液体的比为1:5～20，所述碱的总浓度为8wt％～35wt％。

6、进一步地，步骤a中所述的碱的种类选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氨水中的一种或几种。

7、进一步地，步骤a中所述的飞灰为原始飞灰烘干、水洗烘干、酸洗烘干、碱洗烘干中的一种或多种。

8、进一步地，步骤a中所述的凹凸棒石提纯残渣过筛100～200目。

9、进一步地，步骤a中所述的第一浆料与第二浆料混合后在20～60℃和转速100～200r/min条件下搅拌超声5～60min。

10、进一步地，步骤b中所述的旋转液膜反应器控制狭缝宽度5～20μm，转子转速为1200-3200r/min，循环时间1～15min。

11、进一步地，步骤c中所述的水热温度为80～200℃，旋转速度10～50r/min，水热时间为1～48h，烘干干燥温度为60～120℃，干燥时间为3～12h。

12、本发明另一方面提供一种雪硅钙石，采用如上所述的方法制备得到，雪硅钙石的比表面积为87～409m2·g-1，片层厚度为10～20nm，孔径分布在2～10nm，孔隙率为50～95％。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过两种固体废弃物均相水热法得到的雪硅钙石，无需复杂工艺，无需高温烧结，原料来源广泛，生产成本低廉，易于进行工业化应用，为固体废弃物的资源化利用以及硅酸钙吸附材料的制备提供了一条经济有效的新途径。所获得的雪硅钙石呈现花瓣片层形貌，具有丰富的介孔，以及优异的比表面积，吸附能力强，并且可以对金属有选择性吸附，可应用于大多数污水环境中。

技术特征：

1.一种制备雪硅钙石的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种制备雪硅钙石的方法，其特征在于，步骤a中所述凹凸棒石提纯残渣包括二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙，所述飞灰包括碱式氯化钙、硫酸钙、氢氧化钙、氧化铁、氧化铝、氧化镁、氧化锌。

3.根据权利要求1所述的制备雪硅钙石的方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种制备雪硅钙石的方法，其特征在于，步骤a中所述碱的种类选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、氨水中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种制备雪硅钙石的方法，其特征在于，步骤a中所述飞灰为原始飞灰烘干、水洗烘干、酸洗烘干、碱洗烘干中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种制备雪硅钙石的方法，其特征在于，步骤a中所述凹凸棒石提纯残渣过筛100～200目。

7.根据权利要求1所述的一种制备雪硅钙石的方法，其特征在于，步骤a中所述第一浆料与第二浆料混合后在20～60℃和转速100～200r/min条件下搅拌超声5～60min。

8.根据权利要求1所述的一种制备雪硅钙石的方法，其特征在于，步骤b中旋转液膜反应器狭缝宽度5～20μm，转子转速为1200-3200r/min，循环时间1～15min。

9.根据权利要求1所述的一种制备雪硅钙石的方法，其特征在于，步骤c中水热温度为80～200℃，旋转速度10～50r/min，水热时间为1～48h，烘干干燥温度为60～120℃，干燥时间为3～12h。

10.一种雪硅钙石，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的方法制备得到，所述雪硅钙石比表面积为87～409m2·g-1，片层厚度为10～20nm，孔径分布在2～10nm，孔隙率为50～95％。

技术总结
本发明提供了一种制备雪硅钙石的方法，属于固废资源资源化利用领域。该制备方法主要是以提纯凹凸棒石产生的残渣以及高钙飞灰为主要原料，通过加入烧碱、硝酸并经过旋转液膜反应器与均相水热反应得到。该方法工艺简单，原料易得，易于实现工业应用，为硅酸钙材料的制备提供了一条高附加值的途径。所获得的雪硅钙石具有较大的比表面以及丰富的孔结构，其中还具有较多的可交换离子以及具有极强的耐酸耐热性能，可应用于酸性污水中金属离子处理中。这种雪硅钙石在废水处理以及金属资源回收利用等方面具有广阔的应用前景。

技术研发人员：冯拥军,张亚斌,曹鼎,李慧玉,李纯莉,唐平贵
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19