申请日2019.02.27
公开(公告)日2019.05.10
IPC分类号C02F1/00; C02F1/28; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种基于煤气化细渣的污水处理材料及其制备方法，包括以下原料：煤气化细渣、超细水泥、膨润土、短切玻璃纤维和减水剂。其制备方法包括：对原料进行拌和，得混合料;对混合料进行螺旋挤压造粒，得初料;对初料进行养护，干燥，得污水处理材料。本发明采用煤气化后的废渣为主要原料，实现了对污水的高效处理，转废为宝、绿色生态，具有环保和经济效益;且相较于粉煤灰、煤矸石而言，煤气化细渣自身不含重金属离子，避免了对水体产生二次污染;结合超细水泥的水化凝结作用，可增强污水处理材料的水化凝结作用，增强其界面粘结性能，提高材料强度。
权利要求书
1.一种基于煤气化细渣的污水处理材料，其特征在于，包括煤气化细渣和超细水泥。
2.根据权利要求1所述的基于煤气化细渣的污水处理材料，其特征在于，还包括膨润土。
3.根据权利要求2所述的基于煤气化细渣的污水处理材料，其特征在于，还包括短切玻璃纤维和减水剂。
4.根据权利要求3所述的基于煤气化细渣的污水处理材料，其特征在于，所述原料的重量份为：煤气化细渣75～85份、超细水泥15～25份、膨润土1～5份、短切玻璃纤维0.1～0.2份、减水剂0.1～0.25份。
5.根据权利要求1所述的基于煤气化细渣的污水处理材料，其特征在于，所述煤气化细渣是絮状疏松多孔的立体结构;所述煤气化细渣的密度为1.782g/cm3，比表面积为240～260m2/kg。
6.根据权利要求1所述的基于煤气化细渣的污水处理材料，其特征在于，所述超细水泥为硅酸盐水泥，强度等级不小于52.5，比表面积不小于330m2/kg。
7.根据权利要求2所述的基于煤气化细渣的污水处理材料，其特征在于，所述膨润土的粒度小于0.075mm，所述膨润土中蒙脱石的含量为95～98wt%。
8.根据权利要求3所述的基于煤气化细渣的污水处理材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
9.一种基于煤气化细渣的污水处理材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对煤气化细渣和超细水泥进行拌和，得混合料;对混合料进行螺旋挤压造粒，得初料;
步骤2，对初料进行养护，干燥，得污水处理材料。
10.根据权利要求9所述的基于煤气化细渣的污水处理材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述拌和的时间为3～10min，拌和的转速为30-50r/min。
说明书
一种基于煤气化细渣的污水 处理材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及水污染防治工程研究领域，尤其涉及一种基于煤气化细渣的污水处理材料及其制备方法。
背景技术
我国是一个人口大国，但水资源严重短缺，使得人均水资源占有量处于世界较低水平。近年来，随着我国工业化、城镇化水平的不断提高以及现代农业的不断发展，工农业废水以及城镇生活污水的排放量持续上升，水体污染问题日益严重。大量的污水未经处理直接排入江河湖海，致使水质严重恶化，水体中化学需氧量、重金属、砷、氰化物、挥发酚等都呈上升趋势，对饮用水源、农业生产、食品安全带来极大的隐患，严重危害了人们的身体健康。
对污水进行净化处理是当前解决水体污染问题、提高水体质量的重要手段。目前，污水处理的方法主要包括物理法、化学法和生化法三大类，但由于水体中污染物的多样性、复杂性，往往需要多种方法相结合才能将污水处理到排放合格的标准。吸附法作为一种重要的物理-化学法在污水处理中有着广泛的应用，它是利用多孔性固体或吸附剂吸附污水中的污染物，从而使污水得到净化。常见的吸附材料主要有活性炭、沸石和火山石等，活性炭作为一种常规的吸附材料，来源丰富，具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，适用范围广，但由于高性能活性炭价格昂贵，需消耗大量的生物质和矿物资源，使活性炭的广泛应用受到限制。因此，高性能、强吸附、低成本的吸附材料的研发是目前污水处理中的热点问题。
煤气化技术是在温度为1400～1700℃、压强为3.1～4.1MPa的条件下，以煤炭中的碳组分与水蒸汽经复杂的化学反应，转化为易于净化的燃料(CO+H2)和化学品的过程，达到脱硫除汞的目的，并将煤中灰分以废渣形式排出，分为煤气化粗渣和煤气化细渣。在高温高压条件，煤炭矿物组分高温沸腾，矿物组分高度膨胀、分解，粗渣在反应釜底部排出，漂浮在反应釜顶部的细渣随合成气、水蒸汽气流夹带至激冷水中，受温差、热流的影响，细渣及矿物相再度膨胀，形成悬浮液黑水，经沉降压滤后得到细渣。在材料组成和矿物结构方面，细渣与电厂锅炉燃烧残留的粉煤灰、煤直接燃烧残留的煤渣具有本质区别。高温高压下所形成的煤气化细渣具有较大的比表面积和孔隙率，以及丰富的空间网状结构;此外，煤气化细渣颗粒的含碳量较大，大都以絮状多孔残碳的形式存在，且细渣的表面含有丰富的活性亲水基团，致使细渣的亲水性和对部分有机物的吸附性能十分优异。将煤气化细渣应用于污水吸附材料领域将是一项新兴的环保技术，不仅能降低污水处理成本，而且实现了废物利用，符合绿色、环保、生态发展战略。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于煤气化细渣的污水处理材料及其制备方法，采用工业废料煤气化细渣为主要原料，解决了水体的有机物质、重金属离子、色度等污染问题，所制备的污水处理材料吸附性能卓越且可重复使用;制备方法简单，质量可控，易于工业化生产。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
(一)一种基于煤气化细渣的污水处理材料，包括煤气化细渣和超细水泥。
优选的，还包括膨润土。
优选的，还包括短切玻璃纤维和减水剂。
优选的，所述原料的重量份为：煤气化细渣75～85份、超细水泥15～25份、膨润土1～5份、短切玻璃纤维0.1～0.2份、减水剂0.1～0.25份。
优选的，所述煤气化细渣是絮状疏松多孔的立体结构。
优选的，所述煤气化细渣的密度为1.782g/cm3，比表面积约为240～260m2/kg。
优选的，所述超细水泥为硅酸盐水泥，强度等级不小于52.5，比表面积不小于600m2/kg。
优选的，所述膨润土粒度小于0.075mm，所述膨润土中蒙脱石的含量为95～98wt%。
优选的，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
(二)一种基于煤气化细渣的污水处理材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，对煤气化细渣和超细水泥进行拌和，得混合料;对混合料进行螺旋挤压造粒，得初料;
步骤2，对初料进行养护，干燥，得污水处理材料。
优选的，步骤1中，所述拌和的时间为3～10min，拌和的转速为30-50r/min。
优选的，步骤2中，所述养护的温度为20℃，养护的相对湿度为96%，养护的时间28天。
优选的，步骤2中，所述干燥的温度为100～110℃，干燥的时间为3～4h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用煤气化后的废渣为主要原料，实现了对污水的高效处理，转废为宝、绿色生态，具有显著的环保经济效益;且相较于粉煤灰、煤矸石而言，煤气化细渣自身不含重金属离子(Cu2+、Pb2+)，避免了对水体产生二次污染。
(2)本发明的煤气化细渣在气化过程中，残碳与硅、铝、铁、钙矿物相高度膨胀，形成疏松、多孔的矿物组织，具有较大的比表面积;在残碳、硅、铝、铁、钙矿物相的表面接枝了大量的活性羟基，致使煤气化细渣的亲水性提高，同时，对部分有机物的吸附性能也大幅提升。
(3)本发明的煤气化细渣中含有大量的火山灰活性矿物相，可参与超细水泥的水化胶凝反应，增强污水处理材料的水化胶结作用，改善其界面粘结性能，提高材料强度。
(4)本发明的污水处理材料可经过反复冲洗、高温加热蒸发后，实现再生，能够多次重复使用，且再生后仍能保持良好的组织结构，使用寿命长。