[发明专利]多孔地质聚合物微球的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种多孔地质聚合物微球的制备方法，采用分散悬浮固化法制得多孔地质聚合物微球。与现有技术相比，本发明无需高温煅烧固化，也不需要添加其他助剂，而是实现了低温固化、一次成型造粒。同时，本发明还实现了固废的大量使用，并且原料来源广泛，成本低廉，工艺简单，整个过程无毒无污染。此外，本发明制备多孔地质聚合物微球效率高，成球度超过90％；粒径大小可调，孔径分布均匀；孔体积较大，可调控，微球比表面积达到110m²/g，可直接用于柱分离的填充柱。试验表明，本发明的多孔地质聚合物微球对重金属吸附效果良好，可用作重金属吸附剂，在去除水中重金属和放射性元素方面应用前景广泛。

技术领域

本发明属于吸附剂载体技术领域，尤其涉及一种多孔地质聚合物微球的制备方法及其应用。

背景技术

柱分离法是去除水中重金属和放射性元素的一种有效方法，部分吸附材料像沸石分子筛、活性炭，可以直接进行填柱，但是对于有机溶剂或粒径较小的无机吸附材料，需要将其担载到适当粒径的球状颗粒载体上才能使用。目前，硅胶、高分子基复合材料和大孔硅基材料被开发利用，提高了柱分离法的使用范围。然而，其生产工艺复杂，成本较高，限制了其工业化应用。

地质聚合物是一类将含有硅铝酸盐的原材料(包括天然产物、人工合成粉体和工业废弃物等)，在常温或高温条件下通过酸性或碱性物质进行激发从而制备具有[AlO₄]和[SiO₄]四面体的三维网络无机胶凝材料。地质聚合物相比其它无机聚合物，具有性能优异、制备工艺简单、能耗低、环境友好等优点，可广泛应用于建筑材料、核废料处理、铸造、冶金、耐火材料、塑料等领域。目前，国内外制备多孔无机微球主要采用高温煅烧的方法，制备过程繁琐，成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种简单、廉价、环保的多孔地质聚合物微球的制备方法及其应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

多孔地质聚合物微球的制备方法，采用分散悬浮固化法，具体按以下操作进行：将具有碱激发活性的粉体和碱溶液混合搅拌均匀成为混合浆料，然后将分散均匀的造孔剂水溶液缓慢加入混合浆料中继续搅拌，最后将搅拌均匀的浆料滴入到高速分散的热二甲基硅油中，再经烘箱养护，养护后的合成产物从二甲基硅油中倒出，过滤、煅烧，即得。

具有碱激发活性的粉体为矿渣、钢渣、水渣、粉煤灰、硅灰分、硅微粉、赤泥、偏高岭土、合成粉体。

碱溶液为钠水玻璃、钾水玻璃、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化锶、氢氧化铯、碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硫酸氢盐、铝酸盐、铝硅酸盐的溶液。

造孔剂为碳酸钙、碳酸氢铵、碳酸氢钠、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚苯乙烯。

上述多孔地质聚合物微球的制备方法，包括以下步骤：

(1)浆料制备：将具有碱激发活性的粉体和碱溶液混合搅拌均匀成为混合浆料，然后将分散均匀的造孔剂水溶液缓慢加入混合浆料中继续搅拌，混合均匀，搅拌速度为500-4000转/分钟，搅拌1-5分钟，使体系成为均一浆料；

(2)成球：将步骤(1)的均一浆料滴入到高速分散的热二甲基硅油中；

(3)固化：将步骤(2)的二甲基硅油及所得产物一起放入烘箱中进行养护固化；

(4)过滤：将步骤(3)的二甲基硅油及其所得产物进行真空过滤，得到地质聚合物微球；

(5)煅烧：将步骤(4)的地质聚合物微球在马弗炉中煅烧，即得多孔地质聚合物微球。

步骤(1)中具有碱激发活性的粉体以矿渣计，碱溶液以钠水玻璃计，溶剂以水计，造孔剂以聚甲基丙烯酸甲酯计，其质量比为矿渣∶钠水玻璃∶水∶聚甲基丙烯酸甲酯＝1∶0.1-1∶0.1-0.7∶0-0.005。