[发明专利]一种石墨烯地质聚合物材料及其制备方法、应用和再生方法

说明书

本发明属于资源再利用技术领域，尤其涉及一种石墨烯地质聚合物材料及其制备方法、应用和再生方法。本发明采用污泥、活性硅铝质材料和碱激发剂为原材料，添加石墨烯作为改性剂，得到石墨烯地质聚合物，能够实现污泥的资源化利用，解决污泥处理困难、处理成本高的问题，并且，石墨烯、酒石酸、磷酸盐和萘系减水剂协同作用，能够显著改善地质聚合物的性能，使得石墨烯地质聚合物抗压强度和抗折强度大，解决现有地质聚合物强度高但脆性大的缺陷，石墨烯地质聚合物还具有抗高温、耐腐蚀和耐磨性能。此外，该石墨烯地质聚合物含有大量的硅铝质材料，可实现回收利用，减少材料浪费，节约资源。

技术领域

本发明属于资源再利用技术领域，尤其涉及一种石墨烯地质聚合物材料及其制备方法、应用和再生方法。

背景技术

随着我国经济发展和人民生活水平的快速提高，我国城镇污水年排放量巨大，同时污泥量继续保持年均10％的增幅递增，因此，实现污泥减量化、资源化、无害化和稳定化是污泥处理工作的重中之重。污泥分为工业污泥、水处理污泥以及江河湖泊污泥等，污泥产生量大、危害深，需要得到重视，而污泥本身含有的大量可利用物质能够在资源化利用时候得到发挥。

但是，目前污泥资源化利用主要是制备污泥陶粒、污泥砖等，制作过程能耗、污染和成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯地质聚合物材料及其制备方法、应用和再生方法，用于解决污泥处理困难、处理成本高的问题。

本发明的具体技术方案如下：

一种石墨烯地质聚合物材料，主要由以下组分制成：

污泥、活性硅铝质材料、碱激发剂和添加剂；

所述添加剂包括石墨烯、酒石酸、磷酸盐和萘系减水剂。

地质聚合物被誉为“新型绿色水泥”、“水泥替代品”，是由活性硅铝质材料与碱激发剂在激发作用下，内部发生缩聚反应生成具有硅氧四面体和铝氧四面体空间结构的聚合物，产物具有比水泥更加优越的力学性能和化学性能。地质聚合物正在实现商业用途，如制备公路材料、建筑混凝土材料、3D打印材料、雕塑材料等。然而，地质聚合物虽然力学强度大，但其脆性大的缺点导致其商业化运用受到限制。

石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。作为一种新型的仅有单原子层厚度的蜂窝状二维炭材料，石墨烯结构中存在π键的共扼体系，具有优异的理论电子迁移率，单原子厚度的结构使其具有大的理论比表面积、极高的抗压强度、室温量子霍尔效应以及室温铁磁性等特殊性能。

本发明采用污泥、活性硅铝质材料和碱激发剂为原材料，添加石墨烯作为改性剂，得到石墨烯地质聚合物，能够实现污泥的资源化利用，解决污泥处理困难、处理成本高的问题，并且，石墨烯、酒石酸、磷酸盐和萘系减水剂协同作用，使得石墨烯地质聚合物抗压强度和抗折强度大，解决现有地质聚合物强度高但脆性大的缺陷，石墨烯地质聚合物还具有抗高温、耐腐蚀和耐磨性能，能够用于公路材料、建筑混凝土材料、3D打印材料、雕塑材料、污水处理滤料和/或催化剂载体中，用途广泛。此外，该石墨烯地质聚合物含有大量的硅铝质材料，可实现回收利用，减少材料浪费，节约资源。