一种地聚合物吸附剂、制备方法及在重金属离子吸附中的应用

本发明涉及重金属吸附剂，尤其涉及一种地聚合物吸附剂、其制备方法及在重金属离子吸附中的应用。

背景技术：

1、地聚合物是由法国的joseph davidovits教授首先于1985年在其美国专利中提出的，是指富硅铝质无机矿物经碱激发作用后形成的三维硅铝酸盐聚合物，在结构上具有空间三维网络状键接结构的新型无机硅铝胶凝材料。由于地聚合物具有空间三维网络状键接结构，这使得地聚合物比金属、高分子材料、水泥和陶瓷具有更高的高温性能和机械性能。另一方面，地聚合物制备过程对环境友好并且可以很好地被回收再利用，是一种可持续发展的“绿色环保材料”。

2、吸附是指气体以凝聚态或者类液态被多孔介质所容纳的一个过程。吸附剂之所以具有吸附性质，是因为分布在表面的质点同内部的质点所处的情况不同。内部的质点同周围各个方面的相邻的质点都有联系，因而它们之间的一切作用力都互相平衡，而表面上的质点，表面以上的作用力没有达到平衡而保留有自由的力场，借这种力场，物质的表面层就能够把同它接触的液体或气体的质点吸住。

3、地聚合物具有上述诸多优点，引起了国内外研究者的广泛关注，然而国内对地聚合物研究起步较晚，虽然对地聚合物材料的研究已逐步开展，但现有的用于吸附的制备地聚合物材料一般为偏高领土、高炉镍铁渣、焚烧飞灰。如中国发明专利：cn105921102a，名称：一种地聚合物的制备方法及应用；中国发明专利：cn112079586a，名称：一种地聚合物多孔材料及其应用；中国发明专利：cn112608088a，名称：一种基于焚烧飞灰的地聚合物注浆材料及其制备方法。

4、此外，随着我国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设得到了高速发展。但污水处理厂的建设及运行也伴随产生了大量剩余污泥，每万立方米污水经处理后污泥产生量(按含水率80％计)一般约为5～10t。据统计，目前中国的处置方式中，卫生填埋占24％，焚烧法占26％，建材化利用占15％，其它处理方式占比35％，而污泥处理是污水处理厂花费最高的一部分。

5、钢铁企业资源和能源密集、生产规模和物流量大、工序流程长，因而产生大量固体废弃物，成为公认的污染大户。随着近年来钢铁产量高速增长，环境问题更为突出。日益增长的钢铁生产能力对周围环境的压力越来越大。目前我国的钢铁企业冶金流程主要集中于烧结一高炉一转炉一轧钢长流程生产，占钢铁总生产能力的70％以上。在烧结、高炉炼铁、转炉及电炉炼钢等工序均可产生的大量粉尘及其副产品，统称为除尘灰。若不加以有效处理，这些堆积和飞扬的除尘灰将对厂区及周围的环境造成严重污染，对农田的生态环境也有很大的危害。如果能对各类除尘灰合理地开发和利用，不但可以防止产生二次污染，有效地改善周边环境，而且还能变废为宝，将除尘灰作为二次资源来利用。

6、因此，提供一种新型的吸附材料治理重金属污染是人们亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明公开提供了一种地聚合物吸附剂、制备方法及在重金属离子吸附中的应用，以解决废水中的重金属污染问题。

2、本发明提供的技术方案，具体为，一种地聚合物吸附剂的制备方法，包括：

3、将市政污泥在高温煅烧得到煅烧污泥；

4、将煅烧污泥、高炉重力灰和激活剂混合，反应、陈化得到地聚合物吸附剂。

5、优选地，以重量份数计，所述市政污泥包括以下组分：sio2 38～45份；al2o3 22～25份；fe2o3 8～11份；p2o57～10份；cao 5～6份；mgo 1～2份；

6、以重量份数计，所述高炉重力灰包括以下组分：fe2o3 58～62份；sio2 11～16份；cao 9～13份；al2o3 3～6份；mgo 1～2份；

7、所述激活剂为硅酸钠和强碱化合物的混合溶液。

8、优选地，市政污泥、高炉重力灰、激活剂的质量比为10～18:1～5:13。

9、优选地，所述硅酸钠与强碱化合物的质量比为100：17.42～59.14。

10、优选地，所述强碱化合物选自氢氧化钠。

11、优选地，所述市政污泥和高炉重力灰的粒度小于或等于50目。

12、优选地，所述市政污泥还包括4～5份的其他金属氧化物；其他金属氧化物中的金属元素选自锰、钠、钾和稀有金属元素中的一种或多种。

13、优选地，所述煅烧温度为600℃～700℃；所述煅烧时间大于等于5h；所述反应的温度为20～40℃；所述反应的时间大于等于20min；所述陈化的时间大于等于48h。

14、另一方面，本发明提供了一种地聚合物吸附剂的应用，用于吸附废水中的重金属离子。

15、上述重金属离子为锌、铜和铬离子。

16、本发明提供的种地聚合物吸附剂、制备方法及在重金属离子吸附中的应用，其所述方法制备工艺简单，原材料成本低廉，反应产物无需后续保养处理，适合大规模工业化生产。

17、制备得到的材料吸附重金属效果显著，同时能有效再利用市政污泥和冶金高炉灰，为地聚合物吸附剂的制备和重金属污染的治理提供了新思路。

18、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。

技术特征：

1.一种地聚合物吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种地聚合物吸附剂的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种地聚合物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述市政污泥、高炉重力灰、激活剂的质量比为10～18:1～5:13。

4.根据权利要求2所述的一种地聚合物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠与强碱化合物的质量比为100：17.42～59.14。

5.根据权利要求2所述的一种地聚合物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述强碱化合物选自氢氧化钠。

6.根据权利要求1所述的一种地聚合物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述市政污泥和高炉重力灰的粒度小于或等于50目。

7.根据权利要求1所述的一种地聚合物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述市政污泥还包括4～5份的其他金属氧化物；其他金属氧化物中的金属元素选自锰、钠、钾和稀有金属元素中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种地聚合物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为600℃～700℃；所述煅烧时间大于等于5h；所述反应的温度为20～40℃；所述反应的时间大于等于20min；所述陈化的时间大于等于48h。

9.一种地聚合物吸附剂的应用，其特征在于，用于吸附废水中的重金属离子。

10.根据权利要求9所述的一种地聚合物吸附剂的应用，其特征在于，所述重金属离子为锌、铜、铬离子。

技术总结
本发明公开了一种地聚合物吸附剂的制备方法，包括：将市政污泥在高温煅烧得到煅烧污泥；将煅烧污泥、高炉重力灰和激活剂混合，反应、陈化得到地聚合物吸附剂。本发明提供的种地聚合物吸附剂、制备方法及在重金属离子吸附中的应用，其所述方法制备工艺简单，原材料成本低廉，反应产物无需后续保养处理，适合大规模工业化生产。

技术研发人员：李润东,李全,李彦龙,杨天华
受保护的技术使用者：沈阳航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12