具有吸附和反应能力的多孔颗粒复合材料及其制备工艺

摘要

本发明公开了一种具有吸附和反应能力的多孔颗粒复合材料及其制备工艺。这是一种含生石灰的球状多孔颗粒材料，组成成分包括生石灰、凹凸棒土、膨润土、一定量的盐类添加剂以及作为造孔剂的活性炭，经高温烧结得到。这种多孔颗粒复合材料具有较大的比表面积和遍布其上的互通微孔，在与液态物质接触时，具有较高反应速度和反应的程度，并具有对大量的流动污染物的阻拦作用和阻止有害物质向环境土壤中渗透的作用。该颗粒材料可用于需对酸性或碱性液态污染物进行快速处理的场合。

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种含生石灰的球状多孔颗粒材料，可用于酸性或碱性液态有害污染物应急事故中的快速吸收、围挡和分离处理。

二、背景技术

对于陆上运输过程中发生的液态有害污染物应急事故，处理的第一步就是对污染物的阻隔与就地拦截。生石灰是一种很好的吸收、固定材料，与强酸和强碱都可以发生化学反应，形成含钙的盐，使无机物被锁定，进而被回收，基于上述特性，生石灰可用于污染物处理领域。

但若使用纯石灰进行液态有害污染物的处理，则存在一些缺点：

在对液态污染物的处理过程中，尤其是在快速处理时，会产生大量的粉尘，造成附加的环境污染，也给操作带来困难。

对于固体材料与液体相接触时的反应，反应速度和反应的完全程度受材料比表面积的控制，呈粉状或块状的纯石灰比表面积较小，反应速度慢，使得对污染物处理的效率不高。

三、发明内容

技术问题：本发明针对上述现有技术之缺陷，提供了一种具有吸附和反应能力的多孔颗粒复合材料及其制备工艺。

技术方案：本发明的技术解决方案为：一种具有吸附和反应能力的多孔颗粒复合材料，其特征在于由生石灰、凹凸棒土、膨润土、盐类添加剂以及作为造孔剂的活性炭组成，其中所含生石灰、凹凸棒土、膨润土三种粉料按质量百分配比为40～80％∶10～50％∶10～50％；盐类添加剂和作为造孔剂的活性炭分别占上述生石灰、膨润土、凹凸棒土粉料总质量的3～10％，所述盐类添加剂按质量比组成为NaCl∶KCl∶CaCl₂∶MgCl₂＝(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)。

一种制备权利要求1所述具有吸附和反应能力的多孔颗粒复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：称取占粉料总质量40～80％的生石灰、10～50％的膨润土、10～50％的凹凸棒土，配成粉料，并加入占上述粉料总质量3～10％的添加剂，该添加剂按质量比组成为NaCl∶KCl∶CaCl2∶MgCl2＝(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)；再加入占上述粉料总质量3～10％的活性炭作为造孔剂，混合均匀，然后制备φ9～10mm的球状颗粒坯粒；把制好的球状颗粒坯粒经干燥处理后，在650～800℃保温烧结0.5～3小时，得到多孔颗粒复合材料。

有益效果：本发明的多孔颗粒复合材料，在对液态污染物的处理方面具备以下优点：

(1)提高了生石灰与液态污染物的反应速度与反应程度：本发明提供的多孔颗粒复合材料，具有较大的比表面积和遍布其上的互通微孔，在与液态污染物质接触时，液体可通过微孔进入颗粒内部与石灰接触反应，大大增加了污染物与石灰的接触面积，提高反应速度和反应的程度。而且，由于石灰在水化过程中发生膨胀，多孔颗粒在反应过程中会发生碎裂，可进一步增加反应的速度和反应进行的完全程度，实现对酸性或碱性液态污染物的快速吸附和反应转化。

(2)对于大量的流动污染物，可起阻隔与拦截作用：生石灰不仅吸湿性强，而且有一定的吸水膨胀性，在吸水反应的同时放出热量，凹凸棒土和膨润土都有良好的吸湿和粘结性能。复合多孔颗粒材料由于自身产生膨胀压力的作用发生致密化，而热量的释放会带走部分水分，最终形成密实结构，对于大量的流动污染物，可起阻隔与拦截作用。

(3)阻止有害物质向环境土壤中的渗透：当污染物量较大时，在对无机污染物进行阻隔和拦截处理后，可以继续向污染源中投放上述多孔颗粒复合材料，对污染物进行进一步的锁定与固化处理。未反应的颗粒材料由于存在大量微孔，具有较小的容积密度而浮在上面，而反应的生成物和凹凸棒土、膨润土一起向底部沉积，实现反应产物的分离。沉积在底部的反应产物，同时也起到隔离有害物的作用，阻止有害物质向环境土壤中的渗透。

四、具体实施方案：

本发明涉及一种具有吸附和反应能力的多孔颗粒复合材料，该复合材料由生石灰、凹凸棒土、膨润土、盐类添加剂以及作为造孔剂的活性炭组成，其中所含生石灰、凹凸棒土、膨润土三种粉料按质量百分配比为40～80％∶10～50％∶10～50％；盐类添加剂和作为造孔剂的活性炭分别占上述生石灰、膨润土、凹凸棒土三种粉料总质量的3～10％，所述盐类添加剂按质量比组成为NaCl∶KCl∶CaCl₂∶MgCl₂＝(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)。

制备这种具有吸附和反应能力的多孔颗粒复合材料的方法包括以下步骤：称取占粉料总质量40～80％的生石灰、10～50％的膨润土、10～50％的凹凸棒土，配成粉料，并加入占上述生石灰、膨润土、凹凸棒土三种粉料总质量3～10％的添加剂，该添加剂按质量比组成为NaCl∶KCl∶CaCl₂∶MgCl₂＝(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)∶(0.8～1.2)；再加入占上述生石灰、膨润土、凹凸棒土三种粉料总质量3～10％的活性炭作为造孔剂，混合均匀，然后制备φ9～10mm的球状颗粒坯粒；把制好的球状颗粒坯粒经干燥处理后，在650～800℃保温烧结0.5～3小时，得到多孔颗粒复合材料。

以下的描述是对本发明的具体说明，不应看做是对本发明的限定。

实施例1：

(1)按质量百分比称取生石灰75％、膨润土12％、凹凸棒土13％配料；并加入占前三者粉料总质量4％的添加剂，添加剂按质量比组成为NaCl∶KCl∶CaCl₂∶MgCl₂＝1.2∶1.2∶0.8∶1；再加入占前述生石灰、膨润土和凹凸棒土三者粉料总质量5％的活性炭作为造孔剂，混合均匀，制得基料；

(2)用圆盘式造粒机滚动成型至φ9～10mm球状颗粒复合材料坯料；

(3)制好的颗粒复合材料坯粒经烘干处理，最后在650℃保温烧结3小时，得到多孔颗粒复合材料。

实施例2：

(1)按质量百分比称取生石灰40％、膨润土25％、凹凸棒土35％配料，加入占前三者粉料总质量9％的添加剂，添加剂按质量比组成为NaCl∶KCl∶CaCl₂∶MgCl₂＝1∶1∶0.8∶1，再加入占前述生石灰、膨润土和凹凸棒土三者粉料总质量15％的活性炭作为造孔剂，混合均匀，制得基料；

(2)用圆盘式造粒机滚动成型至φ9～10mm球状颗粒复合材料坯料；

(3)制好的颗粒复合材料坯粒经烘干处理，最后在800℃保温烧结0.5小时，得到多孔颗粒复合材料。

实施例3：

(1)按质量百分比称取生石灰60％、膨润土20％、凹凸棒土20％配料，加入占前三者粉料总质量6％的添加剂，添加剂按质量比组成为NaCl∶KCl∶CaCl₂∶MgCl₂＝1∶0.8∶0.8∶1.2，再加入占前述生石灰、膨润土和凹凸棒土三者粉料总质量10％的活性炭作为造孔剂，混合均匀，制得基料；

(2)用挤出滚圆设备制备φ9～10mm球状颗粒复合材料坯料；

(3)制好的颗粒复合材料坯粒经阴干处理，最后在750℃保温烧结1小时，得到多孔颗粒复合材料。