专利名称：一种粉煤灰的改性方法
技术领域：
本发明涉及粉体改性技术，为一种粉煤灰的改性方法，是对废弃物粉煤灰表面接
枝高分子杀生基团，并改善其吸附性能的方法。
背景技术：
粉煤灰是一种工业废渣，我国历年累积堆放总量已达10亿吨以上，目前对粉煤灰 的利用率只有41.7%，大部分仍占用大量土地堆存起来，污染了环境，破坏了生态平衡。通 过对粉煤灰物理化学性质的深入研究，其颗粒的形态和表面结构与活性炭相似，具有较大 的比表面积，同时粉煤灰中存在大量Al、Fe等活性点，使之具有较强的吸附能力。粉煤灰在 废水处理方面具有广阔的应用前景，但由于其吸附容量不高，因此，能否提高粉煤灰的吸附 容量并能有效解决吸附材料因生物污堵丧失吸附性能的问题是其工业大规模利用的关键。
发明内容
本发明的目的是要提供一种能提高粉煤灰吸附容量并能使其免于发生生物污堵 问题的改性方法。 从粉煤灰的化学组成和物理性能可知，由于粉煤灰的比表面积较大、表面能高，且 存在着许多铝、硅等活性点，因此，具有较强的吸附能力。吸附包括物理吸附和化学吸附。其 中物理吸附效果取决于粉煤灰的多孔性及比表面积，比表面积越大，吸附效果越好。本发明 通过改性剂对粉煤灰进行表面处理，使原本比较光滑致密的颗粒表面变得粗糙，颗粒表面 出现了许多大的孔洞，空隙的通透性也有大的改善，增加了粉煤灰颗粒的吸附能力；而且改 性后的粉煤灰释放出铝离子和铁离子，可有效降低水中悬浮胶粒的电位，使悬浮胶粒脱稳， 被粉煤灰吸附。同时，粉煤灰还起到絮凝沉降作用和混凝沉降架桥作用。另外，对表面的有 机改性使粉煤灰具有高效、长效、光谱、快速的杀菌特性，能够有效解决吸附剂使用过程中 常见的生物污堵问题。
发明的有益效果 本发明利用物理和化学相结合的方法对粉煤灰进行改性处理，超产波在液体体系
中产生空化、剧烈搅拌等效果，大大縮短了化学改性的时间，提高了其比表面积，效果好，成
本低，杀生基团的引入解决了改性粉煤灰吸附剂使用过程中生物增生污堵的问题，延长其
使用寿命。本发明以废治废，可以重复利用粉煤灰，符合循环经济的理念。
本发明为一种粉煤灰的改性方法，其特征在于 (1)粉煤灰吸附容量的提高 以HC1 : H2S04=1 : 3-1 : 5体积比的混合液作为改性剂溶液，将20目的粉煤
灰，以粉煤灰改性剂体积比为i : l-3 : i与改性剂溶液混合均匀，在超声波作用下进行
搅拌反应3h，超声波作用时的频率为20-40KHz，声强为0. 1_0. 3W/cm2，超声作用时温度控制 20-3(TC，烘干后得到部分改性粉煤灰，比表面积可达50-130m2/g ;
(2)固定化高分子杀菌基团的接枝
以二甲苯为溶剂，以二甲苯硅烷偶联剂体积比为20 : 1-40 : i配成硅烷 偶联剂处理剂，取上述部分改性粉煤灰，以改性粉煤灰硅烷偶联剂处理剂体积比为
1:5-5: l超声反应6h以上，超声波频率为20-40KHz，声强为0.5-0. 8W/cm、超声作用时 温度控制在100-120°C ;经过抽滤、洗涤和真空干燥，得到表面活化粉煤灰； 以DMF或异丁醇为溶剂，以溶剂聚醚酰亚胺体积比为16 : 1-12 : i配成聚醚 酰亚胺接枝剂，将表面活化粉煤灰与聚醚酰亚胺接枝剂以体积比为i : 3-i : 5混合，在超
声波条件下反应6h进行接枝反应，超声波频率为20-40KHz，声强为0. 5_0. 8W/cm2，超声作 用时温度控制在80-100°C ;再经洗涤、过滤、烘干除去表面残余物，得到表面接枝聚季氨盐 的改性粉煤灰产品。 按照本发明所述的改性方法，其优选方案特征在于
(1)粉煤灰吸附容量的提高 以hci : h2so4=i : 4体积比的混合液作为改性剂溶液，将20目的粉煤灰，以粉 煤灰改性剂体积比为2 : l与改性剂溶液混合均匀，在3(rc超声波作用下进行搅拌反应
3h，烘干后得到部分改性粉煤灰，比表面积可达50-130m2/g ;
(2)固定化高分子杀菌基团的接枝 以二甲苯为溶剂，以二甲苯硅烷偶联剂体积比为30 : i配成硅烷偶联剂处理 剂，取上述部分改性粉煤灰，以改性粉煤灰硅烷偶联剂处理剂体积比为4 : i在iocrc超 声反应6h以上，经过抽滤、洗涤和真空干燥，得到表面活化粉煤灰； 以DMF或异丁醇为溶剂，以溶剂聚醚酰亚胺体积比为13 : 1配成聚醚酰亚胺接 枝剂，将表面活化粉煤灰与聚醚酰亚胺接枝剂以体积比为l : 4混合，在超声波条件9(TC下 反应6h进行接枝反应。
具体实施例方式
实施例1 ①原料取自某电厂粉煤灰，将20g粉煤灰与60ml的改性剂溶液均匀混合，控制超 声声强0. lW/cm^温度3(TC、反应3h，过滤烘干的部分改性粉煤灰； ②将部分改性粉煤灰与6. 3ml Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和溶剂二甲苯 92. 7ml混合，控制超声声强0. 5W/cn^、10(TC温度、反应6h，将所得粉煤灰产物抽滤、洗涤并 干燥； ①上步得到的产物与以DMF为溶剂的聚醚酰亚胺混合，控制8(TC、超声声强为 0. 5W/cm^反应5h，得到表面接枝聚季氨盐的改性粉煤灰，再经洗涤、过滤、烘干除去表面残
余物即得改性粉煤灰。
实施例2 ①原料取自某电厂粉煤灰，将15g粒径20目粉煤灰与45ml的改性剂溶液均匀混
合，控制超声声强0. 15W/cm^温度25t:、反应2h，过滤烘干的部分改性粉煤灰； ②将部分改性粉煤灰与8ml Y -氨丙基三乙氧基硅烷和溶剂二甲苯92ml混合，控
制超声声强0. 5W/cm^8(TC温度、反应8h，将所得粉煤灰产物抽滤、洗涤并干燥； ③上步得到的产物与以DMF为溶剂的聚醚酰亚胺混合，控制8(TC、超声声强为
0. 5W/cm^反应5h，得到表面接枝聚季氨盐的改性粉煤灰，再经洗涤、过滤、烘干除去表面残余物即得改性粉煤灰。
实施例3 ①原料取自某电厂粉煤灰，将20g粒径20目粉煤灰与60ml的改性剂溶液均匀混 合，控制超声声强0. 15W/cm^温度2(TC、反应2h，过滤烘干的部分改性粉煤灰；
②将部分改性粉煤灰与8ml Y -氨丙基三乙氧基硅烷和溶剂二甲苯92ml混合，控 制超声声强0. 6W/cm^85t:温度、反应6h，将所得粉煤灰产物抽滤、洗涤并干燥； ③上步得到的产物与以异丁醇为溶剂的聚醚酰亚胺混合，控制85t:、超声声强为
0. 5W/cm^反应5h，得到表面接枝聚季氨盐的改性粉煤灰，再经洗涤、过滤、烘干除去表面残
余物即得改性粉煤灰。
实施例4 ①原料取自某电厂粉煤灰，将15g粒径20目粉煤灰与45ml的改性剂溶液均匀混
合，控制超声声强0. 2W/cm^温度2(TC、反应1. 5h，过滤烘干的部分改性粉煤灰； ②将部分改性粉煤灰与6. 3ml Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和溶剂二甲苯
92. 7ml混合，控制超声声强0. 5W/cm^8(TC温度、反应5h，将所得粉煤灰产物抽滤、洗涤并干
燥； ③上步得到的产物与以异丁醇为溶剂的聚醚酰亚胺混合，控制85t:、超声声强为 0. 5W/cm^反应6h，得到表面接枝聚季氨盐的改性粉煤灰，再经洗涤、过滤、烘干除去表面残 余物即得改性粉煤灰。
权利要求
一种粉煤灰的改性方法，其特征在于(1)粉煤灰吸附容量的提高以HCl∶H2SO4＝1∶3-1∶5体积比的混合液作为改性剂溶液，将20目的粉煤灰，以粉煤灰∶改性剂体积比为1∶1-3∶1与改性剂溶液混合均匀，在超声波作用下进行搅拌反应3h，超声波作用时的频率为20-40KHz，声强为0.1-0.3W/cm2，超声作用时温度控制20-30℃，烘干后得到部分改性粉煤灰，比表面积可达50-130m2/g；(2)固定化高分子杀菌基团的接枝以二甲苯为溶剂，以二甲苯∶硅烷偶联剂体积比为20∶1-40∶1配成硅烷偶联剂处理剂，取上述部分改性粉煤灰，以改性粉煤灰∶硅烷偶联剂处理剂体积比为1∶5-5∶1超声反应6h以上，超声波频率为20-40Kz，声强为0.5-0.8W/cm2，超声作用时温度控制在100-120℃；经过抽滤、洗涤和真空干燥，得到表面活化粉煤灰；以DMF或异丁醇为溶剂，以溶剂∶聚醚酰亚胺体积比为16∶1-12∶1配成聚醚酰亚胺接枝剂，将表面活化粉煤灰与聚醚酰亚胺接枝剂以体积比为1∶3-1∶5混合，在超声波条件下反应6h进行接枝反应，超声波频率为20-40KHz，声强为0.5-0.8W/cm2，超声作用时温度控制在80-100℃；再经洗涤、过滤、烘干除去表面残余物，得到表面接枝聚季氨盐的改性粉煤灰产品。
2. 按照权利要求l所述的改性方法，其特征在于(1) 粉煤灰吸附容量的提高以HC1 : H2S04=1 : 4体积比的混合液作为改性剂溶液，将20目的粉煤灰，以粉煤灰改性剂体积比为2 : i与改性剂溶液混合均匀，在3(rc超声波作用下进行搅拌反应3h，烘干后得到部分改性粉煤灰，比表面积可达50-130m2/g ;(2) 固定化高分子杀菌基团的接枝以二甲苯为溶剂，以二甲苯硅烷偶联剂体积比为30 : i配成硅烷偶联剂处理剂，取 上述部分改性粉煤灰，以改性粉煤灰硅烷偶联剂处理剂体积比为4 : i在io(rc超声反应 6h以上，经过抽滤、洗涤和真空干燥，得到表面活化粉煤灰；以dmf或异丁醇为溶剂，以溶剂聚醚酰亚胺体积比为13 : i配成聚醚酰亚胺接枝剂，将表面活化粉煤灰与聚醚酰亚胺接枝剂以体积比为l : 4混合，在超声波条件9(TC下反 应6h进行接枝反应。
全文摘要
本发明涉及对废弃物粉煤灰进行表面改性使其成为高吸附容量并具有杀菌性能的吸附材料的一种方法，将20目的粉煤灰与无机酸改性剂溶液(HCl∶H2SO4＝1∶3的混合液)以液灰比为3∶1混合，在超声波作用下得到部分改性粉煤灰；以硅烷偶联剂处理粉煤灰表面，再利用硅烷偶联剂的反应活性进一步接枝反应，制得具有固定化聚季胺盐杀菌性能且吸附容量较高的吸附材料。
文档编号C02F1/28GK101700491SQ20091023702
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者刘红光, 李立峰, 杨子立, 滕厚开, 郝杨, 陈军, 顾锡慧 申请人:中国海洋石油总公司;中海油天津化工研究设计院