[发明专利]一种煤矸石基多孔复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种煤矸石基多孔复合材料及其制备方法和应用，所述多孔复合材料包括：煤矸石基多孔骨架、活性载体和活性组分；所述活性载体分布于所述煤矸石基多孔骨架孔壁表面；所述活性组分负载于所述活性载体中。其制备方法包括以下步骤：(1)将煤矸石破碎，得到煤矸石细粉，经热处理后发泡，得到煤矸石基多孔骨架；(2)将步骤(1)得到的煤矸石基多孔骨架的孔壁表面用活性载体和活性组分进行改性，得到所述煤矸石基多孔复合材料。本发明提供的煤矸石基多孔复合材料研制价格低廉、工艺简单，对于污水废水具有优异的固体颗粒物去除能力和重金属离子吸附能力，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种煤矸石基多孔复合材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种成本低廉的煤矸石基多孔复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

煤矸石是煤炭开采和加工过程中排出的废弃物，是目前我国排放量最大的固体废弃物之一，约占全国工业固体废弃物的20％以上。煤矸石的年产量占煤炭年产量的10-15％，目前现存总量约为45亿吨，并随着我国工业的快速发展，其产量还在进一步增大。大量煤矸石固废堆积所造成的环境污染也十分严重，在风力侵蚀下产生的粉尘会造成大气污染，自然降水的淋溶作用也会使地下水发生酸化和重金属超标，还会造成土壤中微生物环境失衡。

随着冶金、采矿、核能和化学制造业的发展，不断向自然环境释放大量的有毒重金属，对地表和地下水环境构成严重威胁。重金属进入土壤后，在自然条件下易随降水、沉降等进入水体环境中，造成水体的污染；甚至一部分土壤重金属污染物因淋溶、渗漏等作用直接进入地下水体，严重威胁着人类的饮水安全。随着我国工业化、城市化进程的加快，大量未经处理的生活污水、工农业废水、污染土壤以及大气沉降等也不断的向水体中排放大量的重金属。因此，水体重金属污染也成了重要的环境问题。

CN104014303A公开了及一种应用于悬浮污染处理的复合材料及其制备方法，所述复合材料包括多孔性无机材料，所述多孔性无机材料经混合、制粉、成型、干燥、烧结工艺制备而成，在烧结好的多孔性无机材料上用化学处理方法来改变多孔性无机材料表面的憎水性能。其应用于悬浮污染处理的复合材料通过在多孔性无机材料的表面进行化学改性，使它的表面变成亲水性或者憎水性，进而来增加对所要吸附的悬浮物的亲和力，而增加这种组合材料的过滤效率；具有对悬浮污染物的高选择性和高吸附量(污染物承载量)、易再生的特点；同时也特别适用于对含纳米级悬浮污染物的废水或者气流进行深度处理，使处理后水或气中的悬浮物含量可以达到生活饮用水和室内空气的标准。但是该发明提供的复合材料对于重金属没有吸收作用。

CN110449118A公开了一种改性煤矸石去除废水中铀的方法，是对矿山固体废弃物利用途径的新型表述。主要实施步骤如下：(1)将矸石进行粉碎、研磨，水洗烘干后制得矸石粉状颗粒；(2)分别通过酸碱对制得的矸石粉末进行相应的改性操作实验，使其形成具有疏松、多孔的粉状介质颗粒；(3)将上述制得的孔隙发达的介质颗粒分别置于不同酸性条件下的含重金属铀的溶液中，通过搅拌充分接触反应后，对浸出液中的重金属铀进行测试，得到矸石作为吸附剂处理酸性废水的结果。该发明提供了矸石废弃物、不同酸性条件下铀废水绿色、节能、无污染处理的新型途径，通过对照酸碱条件下吸附性能的差异，找出了对铀吸附的有效成分，为定向改性提供理论依据。但是该发明提供的改性煤矸石对于固体颗粒物没有除去作用。

CN111205871A公开了一种多源煤基固废土壤保水调理剂及其加工方法，该多源煤基固废土壤保水调理剂由1重量份粉煤灰煅烧熟料和0.3-0.5重量份煤矸石混合而成的；在高温焙烧下，对粉煤灰和煤矸石的硅酸盐玻璃网络结构产生直接的破坏和重构作用，将网络高聚体转变成低聚体，粉煤灰和煤矸石煅烧后颗粒变得多孔，呈蓬松态，低聚体经水化改性作用，形成亲水活性基团，使低聚体具有吸水能力和螯合能力，能够增强土壤持水能力并改善土壤理化性质；当土壤环境呈现富水时，低聚体呈现出吸水能力，且保持稳定态；当环境呈现贫水时，活性基团间的单键力仍保持其亲和状态，只有当作物根系需要吸收水分时，根系的吸附力大于单键力，低聚体才释放出作物所需水分。但是该多源煤基固废土壤保水调理剂无法吸附土壤中重金属。