公布日：2023.03.07
申请日：2022.11.22
分类号：C04B38/00(2006.01)I;C04B33/132(2006.01)I;C04B33/13(2006.01)I
摘要
本发明提供了一种轻质多孔污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：S1.制备两种不同粒径的氧化铝空心球，直径分别为6-10mm和2-3mm；S2.将粉煤灰和污泥干燥后，分别研磨至粒径低于80目，加水混合然后调制污泥粉煤灰混合物；S3.将污泥粉煤灰混合物揉搓包覆于不同粒径的氧化铝空心球表面，最后将包覆污泥粉煤灰混合物的氧化铝空心球进行烧结，得到不同直径的污泥陶粒，包括大粒径污泥陶粒和小粒径污泥陶粒；S4.在步骤S3中制备的小粒径污泥陶粒和大粒径污泥陶粒表面再次分别包覆污泥粉煤灰混合物，然后采用小粒径污泥陶粒包覆大粒径污泥陶粒，最后烧结得到12-20mm的轻质多孔污泥陶粒。本发明的轻质多孔污泥陶粒，不采用发泡剂的形式，直接构造多孔的轻质污泥陶粒，并具备较高的力学性能和保温性能。
权利要求书
1.一种轻质多孔污泥陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.烧制不同直径的氧化铝空心球：制备两种不同粒径的氧化铝空心球，直径分别为6-10mm和2-3mm；S2.制备污泥粉煤灰混合物：将粉煤灰和污泥干燥后，分别研磨至粒径低于80目，加水混合然后调制污泥粉煤灰混合物；S3.制备不同直径的污泥陶粒：将污泥粉煤灰混合物揉搓包覆于不同粒径的氧化铝空心球表面，最后将包覆污泥粉煤灰混合物的氧化铝空心球进行烧结，得到不同直径的污泥陶粒，包括大粒径污泥陶粒和小粒径污泥陶粒；S4.轻质多孔污泥陶粒的制备：在步骤S3中制备的小粒径污泥陶粒和大粒径污泥陶粒表面再次分别包覆污泥粉煤灰混合物，然后采用小粒径污泥陶粒包覆大粒径污泥陶粒，最后烧结得到12-20mm的轻质多孔污泥陶粒；其中，所述氧化铝空心球的制备方法为：S11.将废弃植物纤维粉碎至粉末，然后加水或者粘结剂，将废弃植物纤维的粉末制成不同直径的圆球；S12.采用溶胶法或者静电纺丝法在步骤S11制备的圆球的表面包覆铝溶胶或溶胶静电纺丝膜，得到含铝圆球；S13.将步骤S12制备得到的含铝圆球进行煅烧得到氧化铝空心球。
2.根据权利要求1所述的轻质多孔污泥陶粒的制备方法，其特征在于：所述废弃植物纤维包括秸秆，中药渣，甘蔗渣和木屑。
3.根据权利要求1所述的轻质多孔污泥陶粒的制备方法，其特征在于，所述S12中溶胶法的具体步骤为：将异丙醇铝与乙醇溶液混合冷凝回流搅拌，待水解反应完全后，加入硝酸继续冷凝回流，使之充分反应，得到铝溶胶，然后加入一定的增稠剂调节铝溶胶粘度，将铝溶胶涂覆于步骤S11制备的圆球表面，得到含铝圆球，其中硝酸和异丙醇铝的摩尔比为3.5:10。
4.根据权利要求1所述的轻质多孔污泥陶粒的制备方法，其特征在于，所述S12中静电纺丝法的具体步骤为：将AlCl3•6H2O和Al(NO3)3•9H2O加入到硝酸溶液中，搅拌溶解，然后向上述溶液中缓慢加入异丙醇铝，最后加入铝粉，搅拌回流反应完全，得到浅黄色透明溶胶，然后向溶胶中加入纺丝助剂PEO，搅拌溶解均匀，得到溶胶纺丝液，将步骤S11制备的圆球作为接收器件，进行静电纺丝，得到含铝圆球，其中，AlCl3•6H2O，Al(NO3)3•9H2O，异丙醇铝和铝粉的摩尔比为1:1:2:4。
5.根据权利要求3所述的轻质多孔污泥陶粒的制备方法，其特征在于，所述S13中煅烧工艺为：先在100℃干燥2-3h，然后使用马弗炉对其进行煅烧，再以0.5-1.5℃/min升温至100℃，保温1h，继续以1-2℃/min的速率将温度升至550℃，保温2-3h。
6.根据权利要求4所述的轻质多孔污泥陶粒的制备方法，其特征在于，所述S13中煅烧工艺为：先在100℃下干燥8-16h，然后在500℃下煅烧8-12h，升温速率为1-2℃/min。
7.根据权利要求1所述的轻质多孔污泥陶粒的制备方法，其特征在于，所述S3中烧结工艺为：在350-500℃下烧结30-60min。
8.根据权利要求1所述的轻质多孔污泥陶粒的制备方法，其特征在于，所述S4中烧结工艺为：先在350℃下预热下30min，然后在900-1000℃下进行焙烧，以2-5℃/min的速率升温至最高温度后，保温20-30min，最后以2℃/min的速率冷却至室温。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种轻质多孔污泥陶粒，不采用发泡剂的形式，直接构造多孔的轻质污泥陶粒，并具备较高的力学性能和保温性能。
技术方案：一种轻质多孔污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
S1.烧制不同直径的氧化铝空心球：制备两种不同粒径的氧化铝空心球，直径分别为6-10mm和2-3mm；
S2.制备污泥粉煤灰混合物：将粉煤灰和污泥干燥后，分别研磨至粒径低于80目，加水混合然后调制污泥粉煤灰混合物；
S3.制备不同直径的污泥陶粒：将污泥粉煤灰混合物揉搓包覆于不同粒径的氧化铝空心球表面，最后将包覆污泥粉煤灰混合物的氧化铝空心球进行烧结，得到不同直径的污泥陶粒，包括大粒径污泥陶粒和小粒径污泥陶粒；
S4.轻质多孔污泥陶粒的制备：在步骤S3中制备的小粒径污泥陶粒和大粒径污泥陶粒表面再次分别包覆污泥粉煤灰混合物，然后采用小粒径污泥陶粒包覆大粒径污泥陶粒，最后烧结得到12-20mm的轻质多孔污泥陶粒。
优选的，所述氧化铝空心球的制备方法为：
S11.将废弃植物纤维粉碎至粉末，然后加水或者粘结剂，将废弃植物纤维的粉末制成不同直径的圆球；
S12.采用溶胶法或者静电纺丝法在步骤S11制备的圆球的表面包覆铝溶胶或溶胶静电纺丝膜，得到含铝圆球；
S13.将步骤S12制备得到的含铝圆球进行煅烧得到氧化铝空心球。
优选的，所述废弃植物纤维包括秸秆，中药渣，甘蔗渣和木屑。
优选的，所述S12中溶胶法的具体步骤为：将异丙醇铝与乙醇溶液混合冷凝回流搅拌，待水解反应完全后，加入硝酸继续冷凝回流，使之充分反应，得到铝溶胶，然后加入一定的增稠剂调节铝溶胶粘度，将铝溶胶涂覆于步骤S11制备的圆球表面，得到含铝圆球，其中硝酸和异丙醇铝的摩尔比为3.5:10。
优选的，所述S12中静电纺丝法的具体步骤为：将AlCl3•6H2O和Al(NO3)3•9H2O加入到硝酸溶液中，搅拌溶解，然后向上述溶液中缓慢加入异丙醇铝，最后加入铝粉，搅拌回流反应完全，得到浅黄色透明溶胶，然后向溶胶中加入纺丝助剂PEO，搅拌溶解均匀，得到溶胶纺丝液，将步骤S11制备的圆球作为接收器件，进行静电纺丝，得到含铝圆球，其中，AlCl3•6H2O，Al(NO3)3•9H2O，异丙醇铝合铝粉的摩尔比为1:1:2:4。
优选的，所述S13中煅烧工艺为：先在100℃干燥2-3h，然后使用马弗炉对其进行煅烧，再以0.5-1.5℃/min升温至100℃，保温1h，继续以1-2℃/min的速率将温度升至550℃，保温2-3h。
优选的，所述S13中煅烧工艺为：先在100℃下干燥8-16h，然后在500℃下煅烧8-12h，升温速率为1-2℃/min。
优选的，所述S3中烧结工艺为：在350-500℃下烧结30-60min。
优选的，所述S4中烧结工艺为：先在350℃下预热下30min，然后在900-1000℃下进行焙烧，以2-5℃/min的速率升温至最高温度后，保温20-30min，最后以2℃/min的速率冷却至室温。
有益效果：本发明的轻质多孔污泥陶粒及其制备方法具有以下优点：
1、本发明中选用废弃植物纤维粉末制球作为模板然后包覆铝溶胶烧结制备氧化铝空心球，实现污泥陶粒中间可存在可控尺寸的中孔；
2、本发明分别单独制备大小粒径不同的中空型陶粒，再采用小粒径污泥陶粒包覆大粒径污泥陶粒制备轻质多孔陶粒，本发明和以往陶粒的区别在于，在制备的陶粒中构成较大的，多个孔的复合结构，且孔与孔之间不相互连通，可以认为是封闭式孔隙，这种封闭式孔隙相比于以往较多连通式的孔隙保温效果更好；
3、本发明的制备工艺简单，通过陶粒多个不连通中孔结构的设计，提高陶粒制备的保温效果，同时还能保证陶粒体轻、强度高。
（发明人：田蓉;束瑾;陆祎韵;王月祥;彭玉梅;孙浩;刘栋丽）