[发明专利]一种粉煤灰的改性方法

说明书

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，超声波在液体体系中产生空化、剧烈搅拌等效果，大大缩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20-40KHz，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。

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HCl∶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∶1与改性剂溶液混合均匀，在30℃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∶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4∶1在100℃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1∶4混合，在超声波条件90℃下反应6h进行接枝反应。