一种利用垃圾焚烧飞灰制备的轻质保温材料及其制备方法与流程

本发明属于垃圾焚烧飞灰回收再利用，具体涉及一种利用垃圾焚烧飞灰制备的轻质保温材料及其制备方法。

背景技术：

1、生活垃圾焚烧飞灰是指生活垃圾焚烧设施的烟气净化系统捕集物、烟道及烟囱底部沉降的底灰，其比表面较高，活性较强，主要成分为钙、硅、铝、铁的氧化物，还含有大量的可溶性氯盐，富集了大量的zn、pb、cu、cr、mn、as、cd、co、ag、hg等有毒重金属及二噁英类物质，是一种同时具有重金属和环境持久有机毒性危害特性的固体废物，已被我国《国家危险废物名录》明确列为hw18类危险废物，尤其飞灰中含有的重金属具有浸出性，会对自然环境造成污染，还能够通过生物富集转移到生物体内，对人类和其他生物健康造成威胁，为了减少垃圾焚烧飞灰带来的危害，同时实现垃圾焚烧飞灰的回收再利用，通常采用无机或有机试剂对垃圾焚烧飞灰进行稳定化处理。

2、申请号为cn201911031911.x的专利公开了一种利用垃圾焚烧飞灰制备的发泡陶瓷及其制备方法，发泡陶瓷主要由以下成分制成：按重量份计，珍珠岩尾矿15-50份，黄金尾矿5-35份，垃圾焚烧飞灰3-15份，膨润土5-15份，高岭土5-10份，滑石5-10份，发泡剂0.3-1.2份；发泡剂为碳化硅；采用两次发泡工艺制备发泡陶瓷，第一次发泡温度在750-900℃，第二次发泡温度在1100-1250℃，该方法利用成分之间的协同作用固化了飞灰中重金属，避免浸出，实现了飞灰的回收利用，但发泡陶瓷的烧结温度较高，过程能耗大，产生的二次飞灰较多，飞灰中重金属的固化效果仍存在提升空间；申请号为cn202210246752.0的专利申请公开了一种垃圾焚烧飞灰制备改性地聚物多孔砖的方法，先将飞灰进行二噁英裂解后进行水洗，得到水洗产物；将水洗产物、粉煤灰、高岭土和硅酸盐水泥进行第一混合，得到第一混合物；将第一混合物和碱性激发剂进行第二混合，得到第二混合物；将所述第二混合物和发泡剂进行第三混合，得到浆体；浆体进行成型后养护，得到地聚物多孔砖；该方法虽然实现了垃圾焚烧飞灰无害化及资源化，但地聚物多孔砖中飞灰重金属的固化效果差。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种利用垃圾焚烧飞灰制备的轻质保温材料及其制备方法，所制备的轻质保温材料具有良好的力学性能及保温性能，采用双重固化垃圾焚烧飞灰重金属的方法，固化效果好，避免了重金属的大量浸出，实现了垃圾焚烧飞灰的回收利用，减少了环境污染。

2、本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：

3、一种利用垃圾焚烧飞灰制备的轻质保温材料，所述保温材料包括如下重量份组分：飞灰螯合体40-50份；偏高岭土30-40份；粉煤灰20-25份；水泥5-10份；改性碳纤维1-2份；碱性激发剂5-10份；发泡剂1-2份；去离子水25-30份；

4、进一步地，所述碱性激发剂由质量比为1:2-3的氢氧化钠溶液、水玻璃组成，所述氢氧化钠溶液的浓度为5-10mol/l；所述水玻璃的模数为2-2.2；所述发泡剂由质量比为1:1-1.5的双氧水和十二烷基苯磺酸钠组成。

5、本发明还提供了一种利用垃圾焚烧飞灰制备的轻质保温材料的制备方法，包括如下步骤：按质量配比，将飞灰螯合体、偏高岭土、粉煤灰、水泥、改性碳纤维搅拌混合均匀，加入碱激发剂和去离子水的混合液，继续搅拌，加入发泡剂，搅拌均匀后得到浆体，浆体导入模具中养护7-28天，脱模得到轻质保温材料。

6、其中，所述飞灰螯合体的制备方法为：将垃圾焚烧飞灰、改性玉米淀粉加入到去离子水中，搅拌混合均匀，室温下养护20-24h，得到飞灰螯合体；

7、进一步地，所述改性玉米淀粉的用量为垃圾焚烧飞灰质量的3-3.5%；所述垃圾焚烧飞灰、去离子水的质量比为1:0.4-0.5。

8、其中，所述改性淀粉的制备方法为：将玉米淀粉加入到去离子水中，搅拌溶解，加入聚合单体、引发剂，搅拌均匀，得到混合液；将司盘80、吐温80加入到白油中，搅拌均匀，得到油相；将混合液加入到油相中，搅拌均匀，氮气保护下，升温至50-60℃，反应4-5h，干燥后得到改性淀粉；

9、进一步地，所述聚合单体由丙烯酰胺、甲基丙烯酸、功能单体组成；所述玉米淀粉、聚合单体的质量比为1:8-10；所述引发剂的用量为聚合单体质量的0.5-1%；所述引发剂由质量比为2-2.5:1的过硫酸铵、亚硫酸钠组成；所述司盘80、吐温80的质量比为1:1-1.5；所述丙烯酰胺、甲基丙烯酸、功能单体的质量比为1:0.8-1:0.4-0.6。

10、其中，所述改性碳纤维的制备方法为：将丙烯酸、改性剂加入到0.1-0.2mol/l的硫酸溶液中，浸入碳纤维，缓慢滴加0.5-1wt%高锰酸钾溶液，滴毕，升温至70-80℃，反应3-5h，反应完成后，自然冷却至室温，过滤，滤渣用水洗涤3次，干燥后得到改性碳纤维；

11、进一步地，所述高锰酸钾的用量与硫酸的质量相同；所述碳纤维、丙烯酸、改性剂、硫酸的质量比为1:0.8-1:0.5-1:0.02-0.03。

12、其中，所述功能单体的制备方法为：

13、s1、将氯甲基乙烯基苯、三乙胺加入到n,n-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，加入对氨基苯乙醇，升温至60-70℃，反应4-5h，得到化合物1，化学结构式为：

14、；

15、所述氯甲基乙烯基苯、对氨基苯乙醇、三乙胺的摩尔比为1:1.1-1.2:1.5-2.0；

16、s2、将化合物1、三乙胺加入到三氯甲烷中，滴加环氧氯丙烷，滴毕，升温至40-50℃，反应2-3h，得到化合物2，化学结构式为：

17、；

18、所述化合物1、环氧氯丙烷、三乙胺的摩尔比为1:1.1-1.2:1.3-1.5；

19、s3、将化合物2、十二烷基二甲基叔胺加入到乙醇中，升温至80℃，回流反应10-12h，得到改性剂，化学结构式为：

20、；

21、所述化合物2、十二烷基二甲基叔胺的摩尔比为1:1.1-1.2；

22、s4、将改性剂、n,n'-羰基二咪唑加入到350ml乙腈中，升温至30-40℃，搅拌4-6h，加入5.6g巯基乙胺盐酸盐，继续升温至60-70℃，反应6-8h，得到功能单体，化学结构式为：

23、；

24、所述改性剂、巯基乙胺盐酸盐、n,n'-羰基二咪唑的摩尔比为1:1.1-1.2:1.5-2.0。

25、本发明具有如下有益效果：

26、本发明以氯甲基乙烯基苯为原料，依次与对氨基苯乙醇、环氧氯丙烷、十二烷基二甲基叔胺反应，得到了改性剂，所制得的改性剂分子结构中含有长链季铵盐及羟基；再将改性剂在n,n'-羰基二咪唑的作用下与巯基乙胺盐酸盐反应，得到功能单体，所制得的功能单体分子结构中含有具有螯合重金属作用的亚胺基、酰胺基、巯基及具有吸附作用的长链季铵盐；本发明将玉米淀粉与功能单体进行反应，得到了有机螯合剂改性淀粉，所制得的改性淀粉分散性较好，对重金属具有良好的螯合作用；本发明先使用改性淀粉对垃圾焚烧飞灰中的重金属进行螯合，得到飞灰螯合体，再将飞灰螯合体与偏高岭土、粉煤灰、水泥等进一步凝结固化，最大程度地减少了重金属的浸出，从而实现了双重固化飞灰重金属的作用。

27、本发明为了改善碳纤维分散性差的问题，对碳纤维进行有机改性，将具有良好分散作用的改性剂接枝到碳纤维表面，提升了碳纤维在混合浆料中的分散性，能够使改性碳纤维均匀分散至混合物料体系中，从而显著提高了轻质保温材料的抗压强度。另外，由于飞灰螯合体中含有与改性碳纤维相似的有机分子结构，两者的相容性更好，结合力强，从而提升了轻质保温材料的综合性能。

28、本发明利用垃圾焚烧飞灰制备的轻质保温材料具有良好的力学性能及保温性能，采用双重固化垃圾焚烧飞灰重金属的方法，固化效果好，避免了重金属的大量浸出，实现了垃圾焚烧飞灰的回收利用，减少了环境污染。