【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环保工程和材料工程领域，具体涉及一种水中重金属离子的吸附固定方法和地质聚合物胶凝材料。
技术介绍
1、在过去的30多年里，重金属产业经历了快速扩张，工业制造、矿山开采、生活工业废水的不规范使用及过度使用，大量重金属废弃物被排放在环境中，严重威胁到了人类健康和生存环境，已成为一个非常具有挑战性的环境问题。
2、固化/稳定化(s/s)技术已被广泛证明为一种高效、快速且经济的重金属处理方法。传统的硅酸盐水泥是很好的固化剂以及粘结剂，然后，生产硅酸盐水泥会产生大量的二氧化碳排放和能源消耗从而加剧温室效应。与硅酸盐水泥相似，地聚物(地质聚合物)也表现出优异的重金属离子固定能力，并且地聚物的生产是使用固体废弃物材料，成本更低，不会加剧温室效应。韩凤兰等人在《solidification/stabilization mechanism of pb(ii),cd(ii),mn(ii)and cr(iii)in fly ash based geopolymers》(construction andbuilding materials,2018,160:818-827)中，以粉煤灰为原材料，在碱激发条件下制备地质聚合物，用于固化重金属pb2+、cd2+、mn2+和cr3+，研究表明，当pb2+、cd2+、mn2+和cr3+的掺量为1.5wt％时，其固化效率达到99.92-99.98％，样品的28天抗压强度最高达到49.34mpa；冀泽华等人在《immobilization efficiency and mechanism
3、另一方面，目前中国建筑废弃物的资源化利用率仅为5％，大部分建筑固废被直接丢弃或填埋。废弃混凝土作为建筑废弃物的主要成分，在回收过程中产生的粒径小于0.15mm的废弃混凝土微粉，仍然主要用于填埋或作为填充材料，尚未得到有效利用。废弃混凝土微粉中富含大量水化产物，如水化硅酸钙等，这些矿物组分具有较高的碳化活性，可与co2反应，重新构建矿物组分，生成碳酸钙、无定形硅胶和铝胶等物质。利用碳化微粉产物可以对废水中重金属离子进行有效吸附去除，进一步通过碱激发技术将吸附了重金属的碳化微粉进行固化。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术采用地质聚合物的固化/稳定化技术，提供一种水中重金属离子的吸附固定方法和地质聚合物胶凝材料，实现对高浓度重金属污染废水的高效吸附固定，同时制得具有高抗压强度的地质聚合物胶凝材料，其制备成本低，低碳环保，可以广泛应用于固体废弃物填埋等领域。
2、本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：
3、一种水中重金属离子的吸附固定方法，包括以下步骤：
4、(1)以碳化微粉对水中的重金属离子进行吸附；所述碳化微粉由混凝土微粉在二氧化碳气氛中碳化得到，所述混凝土微粉由水化后的水泥研磨得到，如自然养护成型后的水泥研磨成粉，再如废弃混凝土研磨成粉，再如带粗骨料和/或细骨料的废弃混凝土研磨成粉；
5、(2)将吸附重金属离子后的碳化微粉，与粒化高炉矿渣、石膏、钢渣中的一种或几种混合，得到固体料；
6、(3)将所述固体料与碱激发剂混合后养护成型；
7、在一些优选的实施方式中，所述重金属离子为铅离子、锌离子、铜离子中的一种或几种。
8、在一些优选的实施方式中，所述混凝土微粉的粒径小于125μm。
9、在一些优选的实施方式中，按重量分数计，所述混凝土微粉中cao含量不低于48.28％，sio2含量不低于15.27％，al2o3含量不低于4.32％。
10、在一些优选的实施方式中，所述碳化的条件为：湿度70±3％、温度20±2℃、二氧化碳浓度20±3％，碳化时间7天。
11、在一些优选的实施方式中，所述粒化高炉矿渣为s95级矿渣，中值粒径d50为12.06μm。
12、在一些优选的实施方式中，所述固体料中吸附重金属离子后的碳化微粉的质量比例为30-70％。
13、在一些优选的实施方式中，所述碱激发剂包括氢氧化钠溶液和水玻璃的混合物，其模数为1-2，na2o含量为3-6wt％。
14、在一些优选的实施方式中，所述固体料与所述碱激发剂的水灰比为0.38-0.45。
15、在一些优选的实施方式中，步骤(3)所述养护的温度为20±2℃，相对湿度＞95％。
16、本专利技术的另一目的在于提供一种地质聚合物胶凝材料，所述地质聚合物胶凝材料由前述的吸附固定方法制备得到。
17、本专利技术的有益效果为：
18、本专利技术利用碳化混凝土微粉的巨大吸附容量先对废水中的重金属离子进行吸附，再利用其较高的碱激发活性与矿渣等前驱体进行反应，生成具有三维交联结构的胶凝材料，为地聚物提供优越的结构强度，在此过程中，大量重金属被引入地聚物体系，重金属离子可在地聚合物结构的形成中，通过与铝硅酸盐骨架间产生某种化学键而在基体相形成了某些特殊物相；此外，地聚物的凝胶网络具备良好的包容性能，能够将重金属及其生成的沉淀稳定嵌入其微观结构中，从而有效限制重金属的迁移能力和二次反应的可能性，提升材料的环境耐久性和安全性。本专利技术固化重金属后的地聚物固化体具有优异的力学性能，并且可以固化较大含量的重金属，各重金属的浸出浓度远低于限值，减少了重金属的环境扩散；本专利技术利用工业副产品，有效减少了对昂贵吸附材料的需求和废物处理成本，同时可以将废料转化为有价值的建材，降低了新材料生产的能耗和碳排放，符合环保和可持续发展的标准，提升环境可持续性。
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1.一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，所述重金属离子为铅离子、锌离子、铜离子中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，所述混凝土微粉的粒径小于125μm。
4.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，按重量分数计，所述混凝土微粉中CaO含量不低于48.28％，SiO2含量不低于15.27％，Al2O3含量不低于4.32％。
5.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，所述碳化的条件为：湿度70±3％、温度20±2℃、二氧化碳浓度20±3％，碳化时间7天。
6.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，所述粒化高炉矿渣为S95级矿渣，中值粒径D50为12.06μm。
7.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，所述固体料中吸附重金属离子后的碳化微粉的质量比例为30-70
8.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，所述碱激发剂包括氢氧化钠溶液和水玻璃的混合物，其模数为1-2，Na2O含量为3-6wt％。
9.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，所述固体料与所述碱激发剂的水灰比为0.38-0.45。
10.一种地质聚合物胶凝材料，其特征在于，由权利要求1-9之一所述方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，所述重金属离子为铅离子、锌离子、铜离子中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，所述混凝土微粉的粒径小于125μm。
4.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，按重量分数计，所述混凝土微粉中cao含量不低于48.28％，sio2含量不低于15.27％，al2o3含量不低于4.32％。
5.根据权利要求1所述的一种水中重金属离子的吸附固定方法，其特征在于，所述碳化的条件为：湿度70±3％、温度20±2℃、二氧化碳浓度20±3％，碳化时间7天。...
【专利技术属性】
技术研发人员：马玉玮，谭云鹏，欧阳小伟，李宗津，傅继阳，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：
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