一种凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒，所述的生物陶粒包含固体粉料和液体粘接剂，其中，所述的固体粉料包含如下质量百分比的组分：凹凸棒土粉末50％～90％、生物质材料5％～30％、辅料10％～40％；其中，所述的辅料为一级粉煤灰，所述的液体粘结剂为碳酸氢钠溶液或氯化铵溶液，所述液体粘结剂的用量占所有固体粉料质量的15～35％，所述液体粘结剂的浓度范围不超过2％。本发明制得的凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒以粉煤灰、碳酸氢钠溶液替代传统的粘结剂、增塑剂、助熔剂，节省了原料成本，提高了陶粒强度及孔隙率，使得陶粒具有孔隙率高、比表面积大，强度大，耐水性能强等优点。本发明的陶粒可应用做吸附材料、生物滤池、反硝化滤池的填料。
【专利说明】
-种凹凸棒±与生物质复合型生物陶粒及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及陶粒制备方法。特别是设及固体废弃物回收再利用于制作陶粒的陶粒 制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，世界能源资源日益紧缺，生物质材料利用越来越收到重视。我国是农业大 国，而我国的水稻产量约占全国粮食总产量的1/2,拥有丰富的生物质材料，传统的生物质 处理方法是加工厂外运焚烧，运种处理方式会对大气环境造成严重的污染，在生态环境恶 化的现状下必然被淘汰，国家出台了农业废弃物禁烧的政策就是最好的证明。能让稻壳粉 等生物质得到妥善处理的方法就是让人们认识到生物质材料是可加工利用的资源能源，目 前国内对生物质处理的方式主要包括制作畜禽饲料、制沼气、制有机肥。运些方式对稻壳的 利用率过低，而且难W推广普及。
[0003] 专利文献CN 102225870 A公开凹凸棒±粘±多孔陶粒及其制备方法和用途，其是 W凹凸棒±为主要原料，添加生物质、粘结剂等组分通过造粒般烧工艺制得，该工艺方法主 要存在W下不足：（1)所需粘结剂水玻璃本身就是工业原料，价格昂贵，而且添加量大，不仅 消耗资源，极大程度上抬高了制作成本，其环保效应也大打折扣，不宜生物质陶粒的推广应 用；（2)烧结溫度高，极大程度上提升了能源成本，不宜生物质陶粒的推广应用。
【发明内容】
[0004] 发明目的：本发明的目的在于克服W上技术的不足而提出一种制作成本低廉，审U 备方法更为简便，用途广泛的凹凸棒±与生物质复合型生物陶粒的制备方法。
[0005] 技术方案:为实现上述技术方案，本发明提出了一种凹凸棒±与生物质复合型生 物陶粒，所述的生物陶粒包含固体粉料和液体粘接剂，其中，所述的固体粉料包含如下质量 百分比的组分:凹凸棒±粉末50 %~90%、生物质材料5%~30 %、辅料10 %~40% ;其中， 所述的辅料为一级粉煤灰，所述的液体粘结剂为碳酸氨钢溶液或氯化锭溶液，所述液体粘 结剂的用量占所有固体粉料质量的15~35 %，所述液体粘结剂的浓度范围不超过2%。更优 选地，当所述液体粘结剂选用氯化锭时，其浓度不超过1 %。
[0006] 其中，所述的生物质材料为农业植物类废弃物粉碎粉料。
[0007] 具体地，所述的农业废弃物材料为稻壳粉、核桃壳、板栗壳、賴杆、木屑等中的任意 一种。
[000引所述一级粉煤灰为市售一级粉煤灰，其组分质量百分比范围如下：Si0234.0%~ 60.0%、Al203l7.0%~35.0%、Fe203 2.0%~15.0%、Ca0 0.4%~3%、Mg00.7%~ 2.9%、船200.2%~1.1%和拉00.7%~2.9%。
[0009] 本发明进一步提出了上述凹凸棒±与生物质复合型生物陶粒的制备方法，包含如 下步骤：
[0010] (1)原料准备；
[001U a.将凹凸棒±经粉碎机粉碎，过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得凹粉粉末；
[0012] b.将生物质材料过80目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得生物质材料粉末；
[0013] C.将一级粉煤灰过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得处理后的一级粉煤灰；
[0014] (2)揽拌：
[0015] 将步骤(1)获得的凹粉粉末、生物质材料粉末和一级粉煤灰按配比混合，经过揽拌 机揽拌0.化W上揽拌均匀，得到混合粉料；
[0016] (3)加水制粒：
[0017] 向混合粉料加碳酸氨钢溶液揽拌均匀，加液量为混合粉料质量的15%~35%，审。 成3~5mm圆球状颗粒，随后放置于烘箱，在100°C~Iior条件下烘干化W上，得到含有较多 空隙的未烧陶粒；
[001引（4)般烧：
[0019] 将未烧陶粒放置于马弗炉里，在空气氛围中500°C~700°C般烧0.5~3小时得到高 强度、高孔隙率的凹凸棒上与生物质复合型生物陶粒。
[0020] 其中，所述的生物质材料为农业植物类废弃物粉碎粉料。
[0021] 所述的农业废弃物材料为稻壳粉、核桃壳、板栗壳、賴杆和木屑中的任意一种。
[0022] 优选地，所述一级粉煤灰为市售一级粉煤灰，其组分质量百分比范围如下：Si〇2 34.0% ~60.0%、Al2〇3 17.0% ~35.0%、Fe2〇3 2.0% ~15.0%、Ca0 0.4% ~3%、MgO 0.7%~2.9%、船2〇0.2%~1.1%和拉00.7%~2.9%
[0023] 更近一步地，本发明提出了上述生物陶粒在反硝化生物滤池中作为反硝化菌群的 生物体载体中的应用。
[0024] 有益效果:与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0025] (1)本发明使用的凹凸棒±来自天然矿石，来源广泛，价格低廉，拓展了凹凸棒± 的应用。
[0026] (2)本发明使用的生物质和粉煤灰都来自农业、工业固体废弃物，使固体废弃物资 源化，环保效益最大化，同时降低了陶粒的制作成本。
[0027] (3)本发明与已有陶粒发明技术相比烧结溫度降低IOCTC W上，节约了烧结能耗， 降低了制作成本，有利于凹凸棒±与生物质复合型生物陶粒的推广应用。
[002引（4)现有市场上出售的陶粒孔隙率在40%~50%之间，本发明在达到40N抗压强度 的前提上，孔隙率稳定在50%~55%，孔隙率得到了 5%~10%的提升，有利于生物挂膜，增 加颗粒挂膜微生物量，提升其作用效果。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明制备的凹凸棒±与生物质复合型生物陶粒的SBl照片，其中图a、图b 是陶粒外表面的SEM照片，图C、图d是陶粒截面表面的SM照片，图中陶粒空隙密集，空隙深 度较深；
[0030] 图2为本发明制备的凹凸棒±与生物质复合型生物陶粒般烧前和般烧后的照片， 颗粒在般烧前呈现灰色，在般烧后呈现栋褐色。
【具体实施方式】
[0031] 下面通过实施例进一步说明本发明。其中，下述实施例中使用的粉煤灰的化学成 分如下表所示：
[0032] 表1-1粉煤灰化学成分
[0033] 单位：％ [00341
[0036] (1)制取原料：
[0037] a.将凹凸棒±经粉碎机粉碎，过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得凹粉粉末。
[0038] b.将稻壳粉过80目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得稻壳粉粉末。
[0039] C.将粉煤灰过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得粉煤灰。
[0040] (2)揽拌：
[0041] 将所述粉料按凹±:稻壳粉:粉煤灰= 3:0:2的质量百分比混合，经过揽拌机揽拌 化W上揽拌均匀。
[0042] (3)加水制粒：
[0043] 向混合粉料加去离子水揽拌均匀，加水量为混合粉料质量的25%，制成3~5mm圆 球状颗粒，随后放置于烘箱，在105°C条件下烘干化W上。
[0044] (4)般烧：
[0045] 将烘干陶粒放置于马弗炉里，在空气氛围中700°C般烧1小时得到凹凸棒±复合生 物质材料陶粒。制备陶粒的平均抗压强度为149N，平均孔隙率为32.6%，表观密度为1.35g/ cm]。
[0046] 实施例2:
[0047] (1)制取原料：
[004引a.将凹凸棒±经粉碎机粉碎，过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得凹粉粉末。
[0049] b.将银末粉过80目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得银末粉粉末。
[0050] C.将粉煤灰过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得粉煤灰。
[005。 （2)揽拌：
[0052] 将所述粉料按凹±:银末粉:粉煤灰=7:1:2的质量百分比混合，经过揽拌机揽拌 化W上揽拌均匀。
[0053] (3)加水制粒：
[0054] 向混合粉料加质量百分数为1 %的碳酸氨钢溶液揽拌均匀，加水量为混合粉料质 量的25%，制成3~5mm圆球状颗粒，随后放置于烘箱，在105°C条件下烘干化W上。
[005引（4)般烧：
[0056]将烘干陶粒放置于马弗炉里，在空气氛围中600°C般烧1.5小时得到凹凸棒±复合 生物质材料陶粒。制备陶粒的平均抗压强度为118N，平均孔隙率为38.5%，表观密度为 1.27g/cm\
[0化7]实施例3:
[0化引（1)制取原料：
[0059] a.将凹凸棒±经粉碎机粉碎，过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得凹粉粉 O
[0060] b.将板栗壳粉过80目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得板栗壳粉粉末。
[0061] C.将粉煤灰过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得粉煤灰。
[006^ (2)揽拌：
[0063] 将所述粉料按凹±:板栗壳粉:粉煤灰= 18:7:5的质量百分比混合，经过揽拌机揽 拌化W上揽拌均匀。
[0064] (3)加水制粒：
[0065] 向混合粉料加质量百分数为1 %的碳酸氨钢溶液揽拌均匀，加水量为混合粉料质 量的25%，制成3~5mm圆球状颗粒，随后放置于烘箱，在105°C条件下烘干化W上。
[0066] (4)般烧：
[0067] 将烘干陶粒放置于马弗炉里，在空气氛围中500°C般烧3小时得到凹凸棒±复合生 物质材料陶粒。制备陶粒的平均抗压强度为35.7N，平均孔隙率为55%，表观密度为1.15g/ cm]。
[006引实施例4:
[0069] (1)制取原料：
[0070] a.将凹凸棒±经粉碎机粉碎，过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得凹粉粉末。
[0071 ] b.将稻壳粉过80目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得稻壳粉粉末。
[0072] C.将粉煤灰过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得粉煤灰。
[0073] (2)揽拌：
[0074] 将所述粉料按凹±:稻壳粉:粉煤灰=28:7:5的质量百分比混合，经过揽拌机揽拌 化W上揽拌均匀。
[0075] (3)加水制粒：
[0076] 向混合粉料加质量百分数为0.5%的碳酸氨钢溶液揽拌均匀，加水量为混合粉料 质量的25%，制成3~5mm圆球状颗粒，随后放置于烘箱，在105°C条件下烘干化W上。
[0077] (4)般烧：
[0078] 将烘干陶粒放置于马弗炉里，在空气氛围中500°C般烧2小时得到凹凸棒±复合 生物质材料陶粒。制备陶粒的平均抗压强度为42.3N，平均孔隙率为53.0 %，表观密度为 1.21g/cm\
[0079] 实施例5:
[0080] (1)制取原料：
[0081] a.将凹凸棒±经粉碎机粉碎，过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得凹粉粉末。
[0082] b.将稻壳粉过80目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得稻壳粉粉末。
[0083] C.将粉煤灰过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得粉煤灰。
[0084] (2)揽拌：
[0085] 将所述粉料按凹±:稻壳粉:粉煤灰=28:7:5的质量百分比混合，经过揽拌机揽拌 化W上揽拌均匀。
[00化](3)加水制粒：
[0087]向混合粉料加去离子水揽拌均匀，加水量为混合粉料质量的25%，制成3~5mm圆 球状颗粒，随后放置于烘箱，在105°C条件下烘干化W上。
[008引（4)般烧：
[0089] 将烘干陶粒放置于马弗炉里，在空气氛围中500°C般烧2小时得到凹凸棒±复合生 物质材料陶粒。制备陶粒的平均抗压强度为45.3N，平均孔隙率为50.3%，表观密度为 1.28g/cm\
[0090] 实施例6:
[00川 （1)制取原料：
[0092] a.将凹凸棒±经粉碎机粉碎，过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得凹粉粉末。
[0093] b.将稻壳粉过80目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得稻壳粉粉末。
[0094] C.将稻壳粉过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得粉煤灰。
[0095] (2)揽拌：
[0096] 将所述粉料按凹±:稻壳粉:粉煤灰=28:7:5的质量百分比混合，经过揽拌机揽拌 化W上揽拌均匀。
[0097] (3)加水制粒：
[0098] 向混合粉料加质量百分数为0.1%的氯化锭溶液揽拌均匀，加水量为混合粉料质 量的25%，制成3~5mm圆球状颗粒，随后放置于烘箱，在105°C条件下烘干化W上。
[0099] (4)般烧：
[0100] 将烘干陶粒放置于马弗炉里，在空气氛围中500°C般烧2小时得到凹凸棒±复合生 物质材料陶粒。制备陶粒的平均抗压强度为41.2N，平均孔隙率为52.7%，表观密度为1. g/ cm]。
[0101] 实施例7:
[0102] (1)制取原料：
[0103] a.将凹凸棒±经粉碎机粉碎，过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得凹粉粉末。
[0104] b.将稻壳粉过80目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得稻壳粉粉末。
[0105] C.将稻壳粉过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得粉煤灰。
[0106] (2)揽拌：
[0107] 将所述粉料按凹±:稻壳粉:粉煤灰= 28:6:6的质量百分比混合，经过揽拌机揽拌 化W上揽拌均匀。
[010引 （3)加水制粒：
[0109] 向混合粉料加质量百分数为0.05%的氯化锭溶液揽拌均匀，加水量为混合粉料质 量的25%，制成3~5mm圆球状颗粒，随后放置于烘箱，在105°C条件下烘干化W上。
[0110] (4)般烧：
[0111] 将烘干陶粒放置于马弗炉里，在空气氛围中500°C般烧2小时得到凹凸棒±复合生 物质材料陶粒。制备陶粒的平均抗压强度为44.5N，平均孔隙率为49.6 %，表观密度为 1.31g/cm3。
[0112] 实施例8:
[0113] (1)制取原料：
[0114] a.将凹凸棒±经粉碎机粉碎，过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得凹粉粉末。
[0115] b.将稻壳粉过80目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得稻壳粉粉末。
[0116] C.将稻壳粉过200目筛后，放于烘箱烘干2小时W上得粉煤灰。
[0117] (2)揽拌：
[0118] 将所述粉料按凹±:稻壳粉:粉煤灰=4:1:0的质量百分比混合，经过揽拌机揽拌 化W上揽拌均匀。
[0119] (3)加水制粒：
[0120] 向混合粉料加质量百分数为1 %的碳酸氨钢溶液揽拌均匀，加水量为混合粉料质 量的25%，制成3~5mm圆球状颗粒，随后放置于烘箱，在105°C条件下烘干化W上。
[0121] (4)般烧：
[0122] 将烘干陶粒放置于马弗炉里，在空气氛围中700°C般烧3小时得到凹凸棒±复合生 物质材料陶粒。制备陶粒的平均抗压强度为36N，平均孔隙率为58%，表观密度为0.98g/ cm]。
[0123] 实施例9:
[0124] 取实施例4里面制备得到的陶粒作为凹凸棒±与生物质复合型生物陶粒作为反硝 化反应器1号中的微生物载体，采用常州市生产的一种在售陶粒(孔隙率为40%~45%)作 为反硝化反应器2号中的微生物载体作为对照组。考察对比两种陶粒的挂膜时间和处理 N(V-N、N(V-N的去除效率。
[0125] 试验地点在太仓市某污水厂，试验采用人工接种，接种取自该厂改良AVO+SBR生 化池。分第一阶段闷曝:将原水与接种污泥按照7:3的比例混合注入滤柱，保证滤料层W上 水位50mm，W7000LA的曝气量连续闷曝24h，闷曝结束后将滤柱中一半的污水排出，并再次 注入新鲜污水，此阶段运行8天。
[0126] 第二阶段连续进水:将排空滤柱，停止曝气，投加3mg/L乙酸钢与该厂尾水同时通 入反硝化反应器，两滤柱W 2.8m/h的滤速连续进水。1号反应器连续12天后，尾水进水N03^-N 和N02^N总和平均约为12mg/L，反应器出水NCV-N和N02^N总和平均约为3.5mg/L，反硝化对 NCV-N和N02^N总去除率稳定在70.8 %左右;2号反应器连续14天后，尾水进水与巧反应器 相同，反应器出水N03^N和N02^N总和平均为4.5mg/L，对N03^N和N02^N总去除率稳定在 62.5%左右，说明本发明负载的微生物繁殖较为迅速，且根据孔隙率较2号反应器陶粒高 8.3%，反硝化效果处理效率较好。
【主权项】
1. 一种凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒，其特征在于，所述的生物陶粒包含固体粉 料和液体粘接剂，其中，所述的固体粉料包含如下质量百分比的组分:凹凸棒土粉末50%~ 90%、生物质材料5%~30%、辅料10%~40% ;其中，所述的辅料为一级粉煤灰，所述的液 体粘结剂为碳酸氢钠溶液或氯化铵溶液，所述液体粘结剂的用量占所有固体粉料质量的15 ~35%，所述液体粘结剂的浓度范围不超过2%。2. 根据权利要求1所述的凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒，其特征在于，所述的生物 质材料为农业植物类废弃物粉碎粉料。3. 根据权利要求2所述的凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒，其特征在于，所述的农业 废弃物材料为稻壳粉、核桃壳、板栗壳、秸杆和木肩中的任意一种。4. 根据权利要求1所述的凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒，其特征在于，所述一级粉 煤灰为市售一级粉煤灰，其组分质量百分比范围如下：SiO 2 34.0%~60.0%、Al2〇3 17.0% ~35.0%、Fe2〇3 2.0%~15.0%、Ca0 0.4%~3%、Mg0 0.7%~2.9%、Na20 0.2%~1.1% 和K2O 0.7%~2.9%〇5. 权利要求1所述的凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒的制备方法，其特征在于，包含 如下步骤： (1) 原料准备： a. 将凹凸棒土经粉碎机粉碎，过200目筛后，放于烘箱烘干2小时以上得凹粉粉末； b. 将生物质材料过80目筛后，放于烘箱烘干2小时以上得生物质材料粉末； c. 将一级粉煤灰过200目筛后，放于烘箱烘干2小时以上得处理后的一级粉煤灰； (2) 搅拌： 将步骤(1)获得的凹粉粉末、生物质材料粉末和一级粉煤灰按配比混合，经过搅拌机搅 拌0.5h以上搅拌均匀，得到混合粉料； (3) 加水制粒： 向混合粉料加碳酸氢钠溶液搅拌均匀，加液量为混合粉料质量的15 %~35%，制成3~ 5mm圆球状颗粒，随后放置于烘箱，在HKTC~IHTC条件下烘干2h以上，得到含有较多空隙 的未烧陶粒； (4) 煅烧： 将未烧陶粒放置于马弗炉里，在空气氛围中5 0 0 °C~7 0 0 °C煅烧0.5~3小时得到高强 度、高孔隙率的凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒。6. 根据权利要求5所述的凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒，其特征在于，所述的生物 质材料为农业植物类废弃物粉碎粉料。7. 根据权利要求5所述的凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒，其特征在于，所述的农业 废弃物材料为稻壳粉、核桃壳、板栗壳、秸杆和木肩中的任意一种。8. 根据权利要求5所述的凹凸棒土与生物质复合型生物陶粒，其特征在于，所述一级粉 煤灰为市售一级粉煤灰，其组分质量百分比范围如下：SiO 2 34.0%~60.0%、Al2〇3 17.0% ~35.0%、Fe2〇3 2.0%~15.0%、Ca0 0.4%~3%、Mg0 0.7%~2.9%、Na20 0.2%~1.1% 和K2O 0.7%~2.9%〇9. 权利要求1所述的生物陶粒在反硝化生物滤池中作为反硝化菌群的生物体载体中的 应用。
【文档编号】C04B38/06GK105924222SQ201610258413
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】操家顺, 商凯航, 虞筠霄, 王成, 费罗兰, 郑尔雅, 喻纬华
【申请人】河海大学