一种复合胶凝材料、其制备方法与应用

本发明涉及建筑材料，具体涉及一种复合胶凝材料、其制备方法与应用。

背景技术：

1、建筑行业的快速发展是社会进步的标志。然而，建筑行业的快速发展虽然能够推进城市现代化的发展，但是也会污染城市环境，危害人体健康。

2、在建筑领域，比如建筑领域的材料生产、钢筋的防锈处理、房屋的装修涂漆以及地基材料生产中，铬离子以及铅离子都是广泛使用的重金属离子。地基基础以及建筑材料使用的重金属离子在后续会沉降在道路或者建筑物的表面，并随着雨水的冲刷水外渗到建筑物表面或是水源中，不仅会影响工程质量，污染城市环境，还会危害人的身体健康。另外，建筑物在长期存在的情况下还会受到废水、废气、废渣的污染，进而在基层表面累积重金属离子，这些重金属离子也会随着雨水的冲刷等向环境迁移扩散，同样会造成环境污染，并且影响人体健康。

3、现有技术中，一般通过还原法、反渗透法、电渗析法以及离子交换法等吸附道路或者建筑物表面外渗以及积累的重金属离子。但是上述方法对重金属离子的吸附效果较差，甚至可能产生严重的二次污染。

4、因此，需要提供一种对道路或者建筑物表面外渗以及积累的重金属离子的去除能力更好的材料或者方法，减少环境污染，减少人体健康的潜在威胁。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于上述技术问题，为了解决现有的吸附方法对道路或者建筑物表面外渗以及积累重金属离子的处理效果不佳的问题，本发明提供一种复合胶凝材料、其制备方法与应用。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本发明提供一种复合胶凝材料，包括水泥以及活性炭；按照质量分数计，复合胶凝材料中包括40-60％的活性炭；所述活性炭由咖啡渣经过热解处理制备得到。

6、如上所述的复合胶凝材料，优选地，按照质量分数计，复合凝胶材料中包括50-60％的活性炭。

7、第二方面，本发明还提供一种上述复合胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

8、s1：向咖啡渣中加入磷酸溶液，进行活化处理，得到活化咖啡渣；

9、s2：在无氧环境下对活化咖啡渣进行热解处理，得到热解活性炭；

10、s3：对热解活性炭进行研磨，得到热解活性炭粉末；

11、s4：将热解活性炭粉末与水泥进行混合，得到复合胶凝材料；其中，按照质量分数计，热解活性炭粉末占复合胶凝材料的40-60％。

12、如上所述的制备方法，优选地，步骤s1中，活化处理的时间为18-30h；咖啡渣与磷酸溶液的质量比为1:2-1:4，磷酸溶液的质量浓度为40-60％。

13、如上所述的制备方法，优选地，步骤s2中，在无氧环境下以5-10℃/min的速率升温至450-550℃，保温2-3h。

14、如上所述的制备方法，优选地，在步骤s1之前，清洗咖啡渣，然后将咖啡渣烘干；步骤s2之后，步骤s3之前，还对热解活性炭进行洗涤，然后烘干。

15、如上所述的制备方法，优选地，步骤s3中，对热解活性炭进行研磨，过50-200目筛，得到热解活性炭粉末。

16、第三方面，本发明还提供上述复合胶凝材料或者上述制备方法制备得到的复合胶凝材料的应用，所述复合胶凝材料与骨料混合后制成吸附件，所述吸附件设置在建筑物和/或道路表面，用于吸附建筑物和/或道路中外渗的重金属离子。

17、如上所述的应用，优选地，所述重金属离子包括cr6+以及pb2+。

18、(三)有益效果

19、本发明以由咖啡渣经过热解处理制备得到的活性炭部分替代水泥，得到的复合胶凝材对重金属离子具有较好的吸附性能，能够设置在道路或者建筑物表面，对道路或者建筑物表面外渗以及积累重金属离子进行良好的吸附。

20、本发明中，由咖啡渣经过热解处理制备得到的活性炭表面疏松多孔，具有良好的孔隙结构，能够提供丰富的重金属离子吸附位点。另外，由咖啡渣经过热解处理制备得到的活性炭表面还含有丰富的羧基，羟基，氨基等官能团，这些官能团对重金属离子有良好的亲和性，可以显著提高重金属离子的吸附能力。

21、由咖啡渣经过热解处理制备得到的活性炭以40-60％的比例与水泥结合，既能够保证胶凝材料良好的机械性能，同时水泥与活性炭形成的复合胶凝材料在水化过程中会产生氢氧根水化产物，形成碱性环境。道路或者建筑物表面外渗或者积累的重金属离子，例如cr6+常以cr2o72-(重铬酸根)的形式存在，cr6+在此碱性环境下会形成危害极小的cr(ⅲ)沉淀物被固化。同样地，在此碱性环境下，pb2+也可以生成白色沉淀物，达到较好的去除效果。

22、此外，由咖啡渣经过热解处理制备得到的活性炭与水泥混合后，还能够通过其丰富的孔隙结构储存少量自由水，待前期水化完成后，孔隙结构中储存的自由水能够少量持续流出，继续促进水泥的水化反应，持续稳定地对重金属金属离子进行去除。

23、因此，本发明的复合胶凝材料可以通过多种吸附机理协同作用，长期稳定地实现重金属离子的吸附和去除。

技术特征：

1.一种复合胶凝材料，其特征在于，包括水泥以及活性炭；按照质量分数计，复合胶凝材料中包括40-60％的活性炭；

2.根据权利要求1所述的复合胶凝材料，其特征在于，按照质量分数计，复合凝胶材料中包括50-60％的活性炭。

3.一种权利要求1-2任一项所述的复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，活化处理的时间为18-30h；咖啡渣与磷酸溶液的质量比为1:2-1:4，磷酸溶液的质量浓度为40-60％。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，在无氧环境下以5-10℃/min的速率升温至450-550℃，保温2-3h。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1之前，清洗咖啡渣，然后将咖啡渣烘干；步骤s2之后，步骤s3之前，还对热解活性炭进行洗涤，然后烘干。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，对热解活性炭进行研磨，过50-200目筛，得到热解活性炭粉末。

8.权利要求1-2任一项所述的复合胶凝材料或者权利要求3-7任一项所述的制备方法制备得到的复合胶凝材料的应用，其特征在于，所述复合胶凝材料与骨料混合后制成吸附件，所述吸附件设置在建筑物和/或道路表面，用于吸附建筑物和/或道路中外渗的重金属离子。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述重金属离子包括cr6+以及pb2+。

技术总结本发明涉及一种复合胶凝材料、其制备方法与应用，复合胶凝材料，包括水泥以及由咖啡渣经过热解处理制备得到的活性炭。按照质量分数计，复合胶凝材料中包括40‑60％的活性炭。本发明以由咖啡渣经过热解处理制备得到的活性炭部分替代水泥，得到的复合胶凝材对重金属离子具有较好的吸附性能，能够设置在道路或者建筑物表面，对道路或者建筑物表面外渗以及积累重金属离子进行良好的吸附。本发明的复合胶凝材料可以通过多种吸附机理协同作用，以实现长期稳定地吸附和去除重金属离子的效果。技术研发人员：马倩敏,卿甜甜,郭荣鑫,杨洋,林润生,颜峰,林志伟,付朝书受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13