[发明专利]硼泥废弃制备气凝胶与阻燃剂及其气凝胶的改性应用

说明书

本发明的硼泥废弃制备气凝胶与阻燃剂及其气凝胶的改性应用，属于固废利用与公共安全技术领域。通过对硼泥废弃物的处理过程改进，以分离硼泥中的硅、镁、铝、铁与等元素将镁元素制备氢氧化镁阻燃剂、将硅元素制备SiO₂气凝胶，从而实现硼泥废弃物的高效综合利用。气凝胶改性时，使用同时含硅氢/硅醇基与功能性基团的聚合物参与凝胶化，制备功能化改性凝胶，应用于重金属离子污水吸附处置，以Hg²⁺为例，吸附量达331.2mg/g，对重金属离子的大幅提高，且具有良好的耐久性，循环使用五次后，吸附量仍能达到首次的90%以上。

技术领域：

本发明属于固废利用与公共安全技术领域，具体涉及一种硼泥废弃物制备气凝胶与阻燃剂及其气凝胶的改性应用。

背景技术：

固体废弃物是人类在生产生活等活动中制造出的以固体或半固体形式存在的废弃物，工业固体废物是其中重要的一类。生态文明建设需要从建设新型清洁工业、高效处理综合利用工业污染物等角度做出努力，对工业固体废物的处理自然更是重中之重。

硼泥，又称为硼镁渣，是使用硼镁矿(2MgO·B₂O₃·H₂O)生产硼砂过程中排放的固体废弃物，硼泥中含有大量硅镁元素，主要产出于东北地区的化工厂，国内只有青海地区有少量高品质硼矿的存在，这使得东北地区丰富的低品质硼矿成为国内硼砂生产原料的主要来源，因此硼砂生产主要集中于东北地区。根据硼砂生产的反应流程，生产一吨硼砂往往伴随着三至五吨硼泥的排放，每年我国因此产生的硼泥多达百万吨，且截至2016年，已有2500万吨硼泥囤积；而对这些硼泥往往没有特别成熟的利用方法，只能堆放在露天场地，由于化工厂往往建立在城市近郊，硼泥堆占用了大量的城市农村用地，造成了严重的环境污染。硼泥呈现黄棕色，干燥时为固体粉末，与泥土相仿。能吸水变潮湿但本身并不易溶于水，其密度约为 2g/cm³，粒度可达到100目。对一定体积硼泥捏合后，无外力能保持一定时间不解体，具有一定的可塑性。硼泥显碱性，pH在10左右，也因此，堆放硼泥的土地会发生严重的盐碱化，导致作物无法生长。

目前对硼泥废弃物的再利用主要是制砖，掺杂混凝土或利用其元素丰富性制作化肥。然而这些再利用手段对现有市售产品替代性不强，技术水平弱，产业附加值低，因此导致社会对硼泥产品需求量微少，企业没有利润，生产热情较低。针对这一情况，我们提出对硼泥中不同元素采取定制化回收再利用措施，面向社会热点痛点应用领域需求，以高技术手段制备高附加值产品，从而实现硼泥废弃物的高效综合利用。

SiO₂气凝胶是一种具有3D网络结构的轻质多孔材料，它具有高的比表面积 (500～1200m²/g)、大孔容、较窄的孔径分布和优秀的再生稳定性，而且同时具有孔隙容易调节的特点。因为其内部的纳米骨架被气体填充满，孔隙率较高，所以气凝胶很轻，是目前已知的密度最小的固体。制备SiO₂气凝胶的方式有很多，目前主要依据硅源不同分为有机硅法和无机硅法，其中有机硅法价格昂贵且毒性较大，无机硅法是目前主要研究的生产方向。SiO₂气凝胶具有很高的表面积、低热导率和非常小的堆积密度，因此在航空航天，建筑节能、催化和吸附等领域均有广泛应用，是典型的高附加值产品。