[发明专利]一种基于石墨炔的城市生活垃圾焚烧飞灰重金属固化材料及制备方法

说明书

本发明属于固废处理与生态环境材料领域，提供一种基于石墨炔的城市生活垃圾焚烧飞灰重金属固化材料及制备方法，其原材料为：城市生活垃圾焚烧飞灰200～400份，偏铝酸钠20～40份，水玻璃70～250份，石墨炔2～6份，二甲基甲酰胺10～30份，拌合水270～380份。本发明采用固体废弃物为原材料，绿色环保，操作工艺简单，同时充分利用石墨炔的纳米尺寸、大比表面积、三维多孔通道和极高活性的叁键特征，可有效固化城市生活垃圾焚烧飞灰中的重金属离子，显著降低有害重金属离子的浸出率，获得优异的力学性能，有利于实现城市生活垃圾焚烧飞灰的利用。

技术领域

本发明属于固废处理与生态环境材料领域，涉及一种城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属的固化技术，特别涉及一种基于石墨炔纳米复合硅铝酸盐材料的固化城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属的固化材料及其制备方法。

背景技术

随着城镇人口的集中以及人们生活质量的提高，大量生活垃圾不断产生。我国处理生活垃圾的三种方式分别是：堆肥处理、填埋处理和焚烧处理。相比于前两种处理方式，焚烧处理能最大程度的减少土地占用量，在焚烧过程中分解有害的有机物，从源头上避免这些物质对环境造成的影响。但是生活垃圾焚烧后会产生大量的残渣，其中飞灰占3％～5％。飞灰中盐类离子含量较高，同时含有二噁英和Pb、Cd、Zn等较高浓度的重金属，我国《国家危险废物名录》已经明确规定城市生活垃圾焚烧飞灰为危险废物，编号为HW18。如果飞灰不加处理直接进入垃圾填埋场，在自然环境的作用下，飞灰中的有毒有害物质易进入土壤、大气、地下水等与人们生活密切相关的环境中，危害人类的健康。因此，实现城市生活垃圾焚烧飞灰的利用，是我国成为环境友好型、资源节约型社会和践行循环经济的重中之重。

目前国内外研究学者普遍采用水泥固化技术对城市生活垃圾焚烧飞灰进行无害化处理，但是水泥固化方式存在增容大，长期稳定性不足，飞灰中的氯含量对于固化体的重金属固化效果和抗压强度影响很大，生产水泥所需要的能耗和所产生的的碳排放也不符合可持续发展的理念。因此，采取合适的固化方法处理城市生活垃圾焚烧飞灰，成为国内外急需解决的环保问题之一。

飞灰中富含钙源，硅铝酸盐材料富含硅源和铝源。飞灰在硅铝酸盐激发剂的激发作用下可形成多种水化产物，如C-A-S-H凝胶和N-A-S-H凝胶结构，这种结构以平衡电荷和网络填充形式对重金属离子起到很好的固化作用，将其有效地应用在城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属离子的固化上，具有很大的现实意义。

石墨炔纳米材料是一种新型的碳同素异形体，近年来受到越来越多的关注，其独特的sp-sp²碳原子、均匀的孔隙和高度的π共轭结构使其在气体分离、催化、水处理、湿度传感器、能源等领域均展现出广阔的应用前景。然而，目前国内外对石墨炔的研究主要集中在能源存储材料、压电材料及催化还原材料等领域的研究，而对石墨炔纳米复合硅铝酸盐材料固化处理城市生活垃圾焚烧飞灰这方面的研究甚少。

本发明提供一种固化城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属的方法，是将石墨炔纳米材料复合硅铝酸盐材料从而固化城市生活垃圾焚烧飞灰中的重金属。一方面石墨炔中的碳碳叁键具有极高的化学活性，可键合到网络结构中的结合位点，另一方面充分利用了石墨炔的纳米尺寸填充孔隙来改善基体的密实度以及由于石墨炔的高比表面积、三维多孔通道的特征，可选择性吸附和容纳重金属离子，这些优势都将进一步提高其固化体对重金属的固化效果，而且还获得了优异的力学性能，是一种新型绿色环保的固化城市生活垃圾焚烧飞灰重金属的新技术，具有良好的市场前景。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种城市生活垃圾焚烧飞灰重金属固化材料及制备方法，所述材料为一种基于石墨炔复合硅铝酸盐材料，能有效固化城市生活垃圾焚烧飞灰中的重金属离子，提高固化材料的力学性能，获得一种绿色环保的固化城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属离子的材料。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：