[发明专利]一种煤矸石基C-A-S-H凝胶、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种煤矸石基C‑A‑S‑H凝胶、制备方法及应用，该煤矸石基C‑A‑S‑H凝胶以煤矸石粉末，硅酸钠，氢氧化钠和水为原料，依次采用碱活化、水浴养护和陈化工艺得到具有层次多孔结构的C‑A‑S‑H凝胶。本发明公开的煤矸石基C‑A‑S‑H凝胶不仅可以从废水中吸附铜离子、铅离子、锌离子等重金属离子重金属离子，而且使用后的C‑A‑S‑H凝胶还可以作为降解废水中有机物的光催化剂，降解效率达到90％，进一步发掘了材料的价值，对重金属离子的吸附能力达到500mg/g，去除效率达到99％；对有机物的降解效率达到90％，进一步发掘了材料的价值。

技术领域

本发明属于煤矸石及水处理领域，涉及C-A-S-H凝胶材料，具体涉及一种煤矸石基C-A-S-H凝胶、制备方法及应用。

背景技术

煤炭是我国主要能源之一，随着社会对能源的需求越来越大，煤炭的需求量也随之升高。煤矸石作为煤炭生产过程中主要排放的固体废物，长期堆积或处置不当会给环境带来较大的影响。因此，急需开发多种煤矸石处置手段，增加煤矸石的利用率，促进煤炭开采的可持续发展。将煤矸石转化为环境材料用于废水治理是一种绿色环保的煤矸石处理手段。煤矸石的主要成分为高岭石或其他硅铝酸化合物，具有转化为功能性硅铝酸盐材料的潜能，这种材料可用于处理工业废水，实现以废治废的目的。

重金属污染对人类健康和生态系统的严重危害，与传统的有机污染物不同，重金属离子难以降解为无污染产物而且容易在生物体内积累，对生物体的健康造成不利影响。由煤矸石制备的硅铝酸盐材料如沸石、地质聚合物等材料，均具备较好的离子交换能力，可用于吸附废水中的重金属离子和有机污染物，但是现有的煤矸石基吸附材料表现出吸附量低、用后材料无法进一步利用等缺点。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种煤矸石基C-A-S-H凝胶、制备方法及应用，以解决现有技术中存在的煤矸石基吸附材料对废水中的重金属离子的吸附量低及用后材料无法再利用的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种煤矸石基C-A-S-H凝胶制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一、对配方量的煤矸石粉末进行预处理，得到处理后煤矸石粉末；

步骤二、将配方量的硅酸钠、氢氧化钠和水混合制备得到碱性激发剂；

步骤三、将步骤一中制得的处理后煤矸石粉末加入碱性激发剂中，搅拌混合后得到混合溶液A，然后对混合溶液A进行水浴养护，并在水浴养护过程中对混合溶液A进行搅拌；

步骤四、对水浴养护后的混合溶液A进行高速离心处理，去除上清液，得到沉淀物B，然后将得到的沉积物B分散在去离子水中并进行超声处理得到悬浊液C；对得到的悬浊液C进行低速离心处理，去除煤矸石颗粒或杂质，得到悬浮液D；对悬浮液D进行陈化处理得到煤矸石基C-A-S-H凝胶。

具体的，步骤一所述的预处理包括将煤矸石破碎球磨得到粒度小于50目的煤矸石粉。

更进一步的，步骤三所述的混合溶液A按质量百分比计，包括以下组分：煤矸石粉末15.5～20.5％，硅酸钠10.3％～15.2％，氢氧化钠5.7～10.1％，水50.6～70.3％，各组分的质量百分比合计为100％。

更进一步的，所述步骤三中水浴养护温度50～60℃，水浴养护时间4～8小时，搅拌速率为200～300转/分钟。

更进一步的，所述步骤四中，高速离心处理的转速为5000～6000转/分钟，低速离心处理的转速为400～600转/分钟，超声处理时间为20～30分钟，陈化处理的时间为2～3小时，干燥温度为60～80C。