阅读说明：本技术 一种净水型免烧陶粒及制备方法 (Water purification type baking-free ceramsite and preparation method thereof ) 是由 张宁 吴海滨 宋慧平 冯政君 李剑锋 程芳琴 于 2020-06-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及净水技术领域,更具体而言,涉及一种净水型免烧陶粒及制备方法；由原料粉煤灰、淀粉、氧化钙、脱硫石膏、过硼酸钠加水造粒制得,同时负载和嵌入碳基催化剂、金属氧化物,工艺简单,制备过程不需要进行高温煅烧,节能环保；独有的高效发泡过程可以在固相状态下在陶粒内部及表面造孔,使得得到的陶粒产品具有高孔隙率,可有效地实现保水保肥,也降低了陶粒的堆积密度；发泡剂过硼酸钠分解后残留的硼酸钠可作为植物提供硼等微量元素；材料中包含的淀粉可以提高材料的微生物亲和性,在环境中降解后也可以释放出少量的孔隙,提高材料的孔隙率；陶粒负载和嵌入碳基催化剂、金属氧化物,对城市地表径流具备净化功能。(The invention relates to the technical field of water purification, in particular to water purification type baking-free ceramsite and a preparation method thereof; the catalyst is prepared by adding water into raw materials of fly ash, starch, calcium oxide, desulfurized gypsum and sodium perborate for granulation, and simultaneously loading and embedding a carbon-based catalyst and a metal oxide, so that the process is simple, high-temperature calcination is not required in the preparation process, and the catalyst is energy-saving and environment-friendly; the unique efficient foaming process can form holes in the inside and on the surface of the ceramsite in a solid phase state, so that the obtained ceramsite product has high porosity, can effectively realize water and fertilizer conservation, and also reduces the stacking density of the ceramsite; residual sodium borate after decomposition of the foaming agent sodium perborate can be used as a plant to provide trace elements such as boron and the like; the starch contained in the material can improve the microbial affinity of the material, and can release a small amount of pores after being degraded in the environment, so that the porosity of the material is improved; the ceramsite is loaded and embedded with a carbon-based catalyst and a metal oxide, and has a purification function on urban surface runoff.)

一种净水型免烧陶粒及制备方法

技术领域

本发明涉及净水技术领域，更具体而言，涉及一种净水型免烧陶粒及制备方法。

背景技术

陶粒孔隙丰富，具有保水保肥的功效；同时其具有一定的强度、粒径可调，是一种优良的园艺栽培基质。但是目前市场上较为普遍的园艺陶粒多为烧结陶粒，需要在1000摄氏度以上的条件下煅烧制得，成本较高且不够节能环保。因此，需要开发一种低温下制备的免烧陶粒。

公开号为CN102701785A的发明专利公布了一种粉煤灰免烧陶粒的制备方法，该方法以粉煤灰、水泥、金属硫化物等为主要原料，经造粒、蒸压养护后制备得到免烧陶粒，但是该方法缺乏发泡造孔的过程，制得的陶粒密度较高、孔隙不发达。

公开号为CN105060923A的发明专利公布了一种轻质免烧陶粒的制备方法，该方法利用铝粉进行发泡来造孔，但是铝粉作为造孔剂需要与碱充分接触反应后才可以产生氢气，从而产生气泡并造孔。而陶粒生球为固体，虽然包含少量的水，但是无法保证铝粉与碱的充分接触和反应，导致发泡造孔的效果不佳。

公开号为CN108465490A的发明专利公布了一种负载有纳米二氧化钛多孔材料的制备方法，该方法利用纳米二氧化钛和氧化石墨烯复合水溶液为高内相乳液聚合的内相，通过油包水高内相乳液聚合苯乙烯和甲基丙烯酸羟基乙基酯，获得表面负载有纳米二氧化钛多孔材料。该方法利用有机高分子溶液作为载体，方法和作用机理与本申请专利不同。

公开号为CN108479415A的发明专利公布了一种氧化石墨烯复合水处理膜及其制备方法，具有三层复合结构，自上而下依次是高分子多孔材料预处理层、氧化石墨烯活性净化层和高分子多孔材料支撑层。该方法利用的高分子材料作为载体，而石墨烯只具备吸附和氧化功能，与本申请专利材质和机理不同。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的不足，本发明采用了一种新的发泡材料和技术，提供一种具有高效的吸附、氧化、催化功能的净水型免烧陶粒及制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种净水型免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：

S1、按重量份称取原料粉煤灰30-75份、淀粉10-35份、氧化钙10-40份、脱硫石膏1-2份、过硼酸钠5-20份混合均匀得到混料；

S2、将S1中混料置于盘式造粒机中，将重量份为30-50的水以1-5份/分钟的流量喷洒至造粒机中，得到陶粒生球；

S3、将S2中所述陶粒生球过筛，得到粒径为8-20mm的陶粒生球；

S4、将S3中所述陶粒生球至于蒸汽养护装置中养护，养护装置中空气湿度应大于70%，养护温度程序为：40-70摄氏度养护0.5-2h，然后在70-100摄氏度养护2-4h，然后在150-200摄氏度氧化8-12h，最后自然降温至室温，即得固相发泡粉煤灰免烧陶粒；

S5、取一定量还原氧化石墨烯粉末，溶解于去离子水中，超声振荡60min，得到1g/L的还原氧化石墨烯水溶液；

S6、将12ml钛酸四丁酯搅拌下滴入48ml无水乙醇中，加入一定量抑制剂，继续搅拌并逐滴加入4mlH₂O得到溶液A；

S7、将S6中制得的溶液A缓慢滴入还原氧化石墨烯水溶液中，搅拌至溶液成溶胶状；

S8、将S4制得的固相发泡粉煤灰免烧陶粒先用蒸馏水和乙醇洗涤三次，然后放入S7中溶胶浸渍1-2min；

S9、经S8处理后固相发泡粉煤灰免烧陶粒取出置于烘箱中，在100-150℃下烘干2-4小时；

S10、重复S8-S9 3-4次；

S11、将烘干后固相发泡粉煤灰免烧陶粒自然冷却后用去离子水洗去载体颗粒表面过量的TiO₂，由此制备出具有负载了TiO₂和rGO的净水型免烧陶粒。

进一步地，所述步骤S2中水温度低于15℃。

进一步地，所述盘式造粒机转速为20-50转/分钟，倾角为30-50度。

一种净水型免烧陶粒，所述免烧陶粒由以下重量份原料制备而成：30-75份粉煤灰、10-35份淀粉、10-40份氧化钙、1-2份脱硫石膏、5-20份过硼酸钠和30-50份水；所述免烧陶粒通过负载和嵌入碳基催化剂、金属氧化物制得净水型免烧陶粒。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本发明提供了一种净水型免烧陶粒及制备方法，采用过硼酸钠作为造孔剂，通过固相发泡，在陶粒表面及内部造孔，得到固相发泡粉煤灰免烧陶粒。过硼酸钠在室温稳定，但在40-60度的温度下会发生分解反应，产生氧气和硼酸钠，氧气在陶粒中形成气泡，从而实现造孔。过硼酸钠加热后自分解的的特性保证了发泡的强度和造孔的效果。为了改善陶粒的塑性、增强陶粒内气泡的稳定性，掺入了少量的淀粉，生淀粉在水中加热至胶束结构全部崩溃，淀粉分子形成单分子，并为水所包围而成为溶液状态。由于淀粉分子是链状或分支状，彼此牵扯，加热后形成具有粘性的糊状溶液，形成假塑性流体。假塑性流体无屈服应力，并具有黏度，具有相当的塑性和稳泡能力。因此，淀粉加入原料中，可以显著改善材料的塑性及稳泡能力。为了防止过硼酸钠在制备过程中预热分解，要求使用的原料中水为冷水并低于15摄氏度。为了让过硼酸钠以适当的速率分解，需要先在40-70摄氏度养护0.5-2h。为了让加入的淀粉熟化，需要在70-100摄氏度养护2-4h。为了加速材料的水化，需要在大于70%的湿度环境下在150-200摄氏度养护8-12h。工艺简单，制备过程不需要进行高温煅烧，节能环保；独有的高效发泡过程可以在固相状态下在陶粒内部及表面造孔，使得得到的陶粒产品具有高孔隙率，可有效地实现保水保肥，也降低了陶粒的堆积密度；发泡剂过硼酸钠分解后残留的硼酸钠可作为植物提供硼等微量元素；材料中包含的淀粉一方面可以提高材料的微生物亲和性，另一方面，淀粉在环境中降解后也可以释放出少量的孔隙，提高材料的孔隙率；同时陶粒负载和嵌入碳基催化剂、金属氧化物，利用其吸附、催化、氧化等机理，对城市地表径流具备净化功能。可有效地去除城市地表径流中的SS、COD、NH₃-N。

附图说明

图1为本发明制备的一种净水型免烧陶粒微观结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种净水型免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：

S1、按重量份称取原料粉煤灰30份、淀粉10份、氧化钙10份、脱硫石膏1份、过硼酸钠5份混合均匀得到混料；

S2、将S1中混料置于盘式造粒机中，将重量份为30的水以1份/分钟的流量喷洒至造粒机中，得到陶粒生球；所述水温度低于15℃；所述盘式造粒机转速为20转/分钟，倾角为30度；

S3、将S2中所述陶粒生球过筛，得到粒径为8-20mm的陶粒生球；

S4、将S3中所述陶粒生球至于蒸汽养护装置中养护，养护装置中空气湿度应大于70%，养护温度程序为：40摄氏度养护2h，然后在70摄氏度养护4h，然后在150摄氏度氧化12h，最后自然降温至室温，即得固相发泡粉煤灰免烧陶粒；

S5、取一定量还原氧化石墨烯粉末，溶解于去离子水中，超声振荡60min，得到1g/L的还原氧化石墨烯水溶液；

S6、将12ml钛酸四丁酯搅拌下滴入48ml无水乙醇中，加入一定量抑制剂，继续搅拌并逐滴加入4mlH₂O得到溶液A；

S7、将S6中制得的溶液A缓慢滴入还原氧化石墨烯水溶液中，搅拌至溶液成溶胶状；

S8、将S4制得的固相发泡粉煤灰免烧陶粒先用蒸馏水和乙醇洗涤三次，然后放入S7中溶胶浸渍1-2min；

S9、经S8处理后固相发泡粉煤灰免烧陶粒取出置于烘箱中，在100-150℃下烘干2-4小时；

S10、重复S8-S9 3-4次；

S11、将烘干后固相发泡粉煤灰免烧陶粒自然冷却后用去离子水洗去载体颗粒表面过量的TiO₂，由此制备出具有负载了TiO₂和rGO的净水型免烧陶粒。

一种净水型免烧陶粒，所述免烧陶粒由以下重量份原料制备而成：30份粉煤灰、10份淀粉、10份氧化钙、1份脱硫石膏、5份过硼酸钠和30份水；所述免烧陶粒通过负载和嵌入碳基催化剂、金属氧化物制得净水型免烧陶粒。

实施例2

一种净水型免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：

S1、按重量份称取原料粉煤灰75份、淀粉35份、氧化钙40份、脱硫石膏2份、过硼酸钠20份混合均匀得到混料；

S2、将S1中混料置于盘式造粒机中，将重量份为50的水以5份/分钟的流量喷洒至造粒机中，得到陶粒生球；所述水温度低于15℃；所述盘式造粒机转速为50转/分钟，倾角为50度；

S3、将S2中所述陶粒生球过筛，得到粒径为8-20mm的陶粒生球；

S4、将S3中所述陶粒生球至于蒸汽养护装置中养护，养护装置中空气湿度应大于70%，养护温度程序为：70摄氏度养护0.5h，然后在100摄氏度养护2h，然后在200摄氏度氧化8h，最后自然降温至室温，即得固相发泡粉煤灰免烧陶粒；

S5、取一定量还原氧化石墨烯粉末，溶解于去离子水中，超声振荡60min，得到1g/L的还原氧化石墨烯水溶液；

S6、将12ml钛酸四丁酯搅拌下滴入48ml无水乙醇中，加入一定量抑制剂，继续搅拌并逐滴加入4mlH₂O得到溶液A；

S7、将S6中制得的溶液A缓慢滴入还原氧化石墨烯水溶液中，搅拌至溶液成溶胶状；

S8、将S4制得的固相发泡粉煤灰免烧陶粒先用蒸馏水和乙醇洗涤三次，然后放入S7中溶胶浸渍1-2min；

S9、经S8处理后固相发泡粉煤灰免烧陶粒取出置于烘箱中，在100-150℃下烘干2-4小时；

S10、重复S8-S9 3-4次；

S11、将烘干后固相发泡粉煤灰免烧陶粒自然冷却后用去离子水洗去载体颗粒表面过量的TiO₂，由此制备出具有负载了TiO₂和rGO的净水型免烧陶粒。

一种净水型免烧陶粒，所述免烧陶粒由以下重量份原料制备而成：75份粉煤灰、35份淀粉、40份氧化钙、2份脱硫石膏、20份过硼酸钠和50份水；所述免烧陶粒通过负载和嵌入碳基催化剂、金属氧化物制得净水型免烧陶粒，所制备的免烧陶粒微观图如图1所示。

实施例3

一种净水型免烧陶粒的制备方法，包括以下步骤：

S1、按重量份称取原料粉煤灰50份、淀粉20份、氧化钙20份、脱硫石膏1份、过硼酸钠18份混合均匀得到混料；

S2、将S1中混料置于盘式造粒机中，将重量份为40的水以3份/分钟的流量喷洒至造粒机中，得到陶粒生球；所述水温度低于15℃；所述盘式造粒机转速为30转/分钟，倾角为40度；

S3、将S2中所述陶粒生球过筛，得到粒径为8-20mm的陶粒生球；

S4、将S3中所述陶粒生球至于蒸汽养护装置中养护，养护装置中空气湿度应大于70%，养护温度程序为：50摄氏度养护1h，然后在80摄氏度养护34h，然后在170摄氏度氧化10h，最后自然降温至室温，即得固相发泡粉煤灰免烧陶粒；

S5、取一定量还原氧化石墨烯粉末，溶解于去离子水中，超声振荡60min，得到1g/L的还原氧化石墨烯水溶液；

S6、将12ml钛酸四丁酯搅拌下滴入48ml无水乙醇中，加入一定量抑制剂，继续搅拌并逐滴加入4mlH₂O得到溶液A；

S7、将S6中制得的溶液A缓慢滴入还原氧化石墨烯水溶液中，搅拌至溶液成溶胶状；

S8、将S4制得的固相发泡粉煤灰免烧陶粒先用蒸馏水和乙醇洗涤三次，然后放入S7中溶胶浸渍1-2min；

S9、经S8处理后固相发泡粉煤灰免烧陶粒取出置于烘箱中，在100-150℃下烘干2-4小时；

S10、重复S8-S9 3-4次；

S11、将烘干后固相发泡粉煤灰免烧陶粒自然冷却后用去离子水洗去载体颗粒表面过量的TiO₂，由此制备出具有负载了TiO₂和rGO的净水型免烧陶粒。

一种净水型免烧陶粒，所述免烧陶粒由以下重量份原料制备而成：粉煤灰50份、淀粉20份、氧化钙20份、脱硫石膏1份、过硼酸钠18份和40份水；所述免烧陶粒通过负载和嵌入碳基催化剂、金属氧化物制得净水型免烧陶粒。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。