[发明专利]磁控纳米马达集群凝胶法制备多孔吸附材料的方法及装置

说明书

本发明公开了一种磁控纳米马达集群凝胶法制备多孔吸附材料的方法，该方法是在700~1500℃冶炼熔渣中加入醇‑酸有机混合物充分混合反应，反应完成后将反应液、包硅的磁性微纳米粒子溶液混合均匀后，再将混合物添加到表面活性剂溶液中，在磁场存在条件下、80‑180℃反应0.5~24h后，室温~30℃下陈化16‑24h，收集固体加热烘干，即得多孔吸附材料；本发明方法克服了目前熔渣利用率低，制备吸附材料功能单一、吸附容量低的难题，实现固体废物资源的最大化利用，具有良好的环境效益、社会效益和经济效益。

技术领域

本发明公开一种磁性纳米马达与冶炼熔渣制备高品质多孔吸附材料的方法，属于固体废物资源化利用制备吸附材料的技术领域。

背景技术

高炉渣是高炉冶炼过程中所产生的主要副产品之一，其主要成分为CaO、SiO₂、MgO和 Al₂O₃，以及少量的FeO、MnO、Na₂O、K₂O和S等，在一些特殊矿石的冶炼过程中还存在TiO₂、V₂O₅等。每冶炼1吨生铁要向环境中排放350kg左右的高炉渣，排放温度一般在1450℃左右，每吨高炉熔渣所蕴含的显热约为1.7GJ，其热值相当于58kg标准煤，属于高品质的余热资源。高炉熔渣不仅蕴含大量显热，若处理恰当还是很好的水泥生产原材料。近年来对冶炼熔渣的综合利用引起越来越多国家的重视，将高炉熔渣制备成轻质砖、无机纤维、泡沫微晶玻璃板等材料，高炉熔渣变废为宝，既可以实现冶金熔渣的资源化利用，也可解决熔渣堆放带来的环境问题。

当前最主要的熔渣处理工艺为水淬急冷形成玻璃体，作为生产水泥的原材料。然而，传统水淬工艺只注重炉渣品质，没有任何热量回收，且存在水耗高、向环境中排放SO₂、H₂S等气体污染环境。

对高炉渣进行综合利用，目前需要完成三个任务：一是对炉渣显热进行高效回收；二是在回收显热的同时保证炉渣产品的高附加值；三是避免对周围环境产生影响；冶金熔渣具有疏松多孔、比表面积大、具有一定的吸附能力，且熔渣中含有CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、MnO和TiO₂等金属氧化物而具有较高的催化活性。冶炼熔渣中含有铁、铅、铬等重金属离子，若将冶金熔渣直接用作吸附材料，不仅效果差而且还会带来二次污染。

目前，纳米材料已经得到广泛研究，并且常用于治理环境污染。若将一些纳米材料与冶金熔渣结合，充分利用冶炼熔渣中的显热，可制备出具有纳米结构的高品质吸附材料。利用磁性纳米粒子的磁场可控性质，采用溶胶-凝胶法使磁性纳米粒子在溶液进行自运动和自组装，促进溶液中的水解反应，生成具有规则多孔的吸附材料，实现资源再生，具有广阔的应用前景和重大意义。

发明内容

本发明的目的提供一种磁控纳米马达集群凝胶法制备多孔吸附材料的方法，以廉价的冶炼熔渣和具有磁性的纳米粒子作为原料，采用溶胶-凝胶法，在冶炼熔渣中添加一定的醇类酸类有机物，生成金属醇盐、有机金属盐与包硅的磁性微纳米粒子在运动磁场下充分混合，与表面活性剂溶液发生水解反应后，进行陈化、干燥，最后冷却得到孔径规则、性能优异的高品质多孔吸附材料；即在700~1500℃冶炼熔渣中加入醇-酸有机混合物充分混合反应，反应完成后将反应液、包硅的磁性微纳米粒子溶液混合均匀后，再将混合物添加到表面活性剂溶液中，在磁场存在条件下、80~180℃反应0.5~24h后，室温~30℃下陈化16~24h，收集固体加热烘干，即得多孔吸附材料。

所述冶炼熔渣和醇-酸有机混合物的质量比为1:1~5:1；表面活性剂溶液、包硅的磁性微纳米粒子溶液、反应液的体积比为1~10:1~4:1~5。

所述冶炼熔渣包括铜冶炼熔渣、钢铁冶炼熔渣、铝冶炼熔渣、锡冶炼熔渣等，经过反应后生成的金属醇盐、有机金属盐和包硅的磁性微纳米粒子溶液经空气喷射粒化后粒径范围为5~30mm。