[发明专利]一种利用普通硅酸盐水泥制备铝代雪硅钙石污水处理材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于生态环境材料领域，尤其涉及一种利用普通硅酸盐水泥制备铝代雪硅钙石污水处理材料的方法。

背景技术

生态环境保护是日益强化的研究课题，而水资源保护就是其中的重要领域之一。人们的生产和生活活动，往往产生大量废水，包括工业污水和生活污水。污水中除含有有机污染物外，常常还含有重金属有毒污染物，特别是工业污水。对这些污水进行处理和净化是水资源保护的重要内容。

污水中重金属离子去除的一种常见方法是吸附法，即通过吸附材料的高比表面积的蓬松结构或者特殊功能基团对水中重金属离子进行物理吸附或者化学吸附（阳离子交换）。常见的吸附材料主要有活性炭、矿物材料、活性污泥、蟹壳等。矿物材料类吸附剂如沸石、蒙脱石、累托石、硅藻土、蛭石、磷灰石等矿物材料具有优良的表面特性和离子吸附与交换性能，能对重金属离子产生吸附、离子交换、沉淀、表面络合等作用，从而达到治理废水的目的。

雪硅钙石又称托贝莫来石（tobermorite），是自然界存在的一种稀有的水合硅酸钙矿物，理想的晶体化学式为Ca₅Si₆O₁₆(OH)₂·4H₂O，具有导热系数小、强度高、耐高温等性能,工业上主要用于生产保温绝热材料和建材。然而，近些年的研究表明雪硅钙石与传统矿物吸附材料相比具有更好的离子交换性能，对K⁺,Na⁺,Ba²⁺,Cs⁺,Rb⁺和Sr²⁺等碱金属、碱土金属和Cd²⁺,Pb²⁺,Hg²⁺，Zn²⁺,Co²⁺,Ni²⁺等除6价铬外的重金属离子均具有良好的吸附和阳离子交换能力，在含重金属离子废水处理和固封核废料等方面具有较高的应用前景，因而具有良好的环境保护价值。

铝代雪硅钙石是将雪硅钙石中的硅部分被铝置换得到的一种铝掺杂型雪硅钙石。由于三价铝和四价硅的非等价置换，往往引入较多的结构水，使雪硅钙石的吸附和阳离子交换活性大为提高，从而增强了处理污水中有害离子的能力。由于此因，近几年出现了铝代雪硅钙石的研究报告。

人工合成雪硅钙石质材料需要钙质原料和硅质原料，一般在水热条件下制取，近些年也有采用微波水热法制备的。硅质原料主要有石英、长石、硅胶、粉煤灰等，近来有采用废玻璃的报道。钙质原料主要为石灰石在高温煅烧后形成的生石灰或熟石灰。由于硅质原料中Si-O键结合的牢固性，通常的制备方法中需要对其进行处理或加入烧碱（NaOH）以促进雪硅钙石的形成反应，因而使制备过程复杂化，成本增加。

发明内容

本发明提供了一种利用普通硅酸盐水泥制备铝代雪硅钙石污水处理材料的方法，该方法制备简化了铝代雪硅钙石污水处理材料的制备过程，降低成本。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

1）分别取硅酸盐水泥和水玻璃；其中，硅酸盐水泥中CaO与水玻璃中SiO₂的摩尔比为1：（0.8～1.2）；

2）将水加入水玻璃中，得到水玻璃溶液；在不断搅拌下将水玻璃溶液加入到硅酸盐水泥中，混合均匀后放入反应釜容器中制成悬浊液；将悬浊液在50～80℃下超声作用40～60min，制得铝代雪硅钙石前驱体；

3）将铝代雪硅钙石前驱体置入水热反应釜中，在180～220℃下水热反应18～24h，自然冷却至室温，得到含有反应产物的悬浊液；

4）将含有反应产物的悬浊液过滤后，得到的反应产物用水反复洗涤以除去可溶性离子，然后将经过洗涤的反应产物干燥，即得到铝代雪硅钙石污水处理材料。

所述的水玻璃的模数M=1～2.5。

所述的步骤2）中通过加入水使形成的悬浊液的液固比为（15:1）mL/g～（20:1）mL/g。

所述的步骤2）采用调温数控超声波仪对悬浊液进行超声作用。

所述的步骤2）中超声作用的过程中连续搅拌悬浊液。

所述的步骤4）中经过洗涤的反应产物是在恒温干燥箱中进行干燥的。

所述的步骤4）中的干燥温度为80℃，干燥时间为24h。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：