利用污泥废弃物烧制稀土上转换发光玻璃的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用污泥废弃物烧制稀土上转换发光玻璃的方法，包括如下步骤：将污泥废弃物与稀土氧化物和含氟原料研磨混合均匀后，进行高温熔融，保温5～30min后冷却，再经过一定温度晶化保温30～180min得到稀土掺杂污泥废弃物的上转换发光玻璃。本发明专利技术制备的上转换发光玻璃可在近红外光激发下发射出可见光，通过调节稀土种类和掺杂量能得到不同发射波长的上转换发光玻璃。与现有技术相比，本发明专利技术具有如下的有益效果：本发明专利技术基于污泥废弃物，在高温熔融状态下能够与稀土烧制成上转换发光玻璃，同时可资源化利用污泥废弃物。

The method of burning rare earth upconversion luminescent glass with sludge waste

【技术实现步骤摘要】
利用污泥废弃物烧制稀土上转换发光玻璃的方法
本专利技术涉及一种利用污泥废弃物烧制稀土上转换发光玻璃的方法，属于固废资源化利用领域。
技术介绍
污泥废弃物主要来源于城市污水和工业废水等经过处理分离后产生的固体废弃物。因为污泥废弃物中存在大量的重金属、有机物和病菌等，不仅会造成地下水的污染，而且滋生的细菌也极易产生传染病。目前，污泥废弃物常用的处理方法有填埋、投海、焚烧和土地利用等，但由于这些方法存在消耗土地资源或二次污染等问题，都受到一定程度的限制。熔融玻璃化是可固化多种类型污泥废弃物的一种有效方法，因为在高温熔融状态下，既可大幅减小废物体积，又可对危险成分进行解毒或挥发。以污泥废弃物为原料的上转换发光玻璃的制备将是一个具有广阔前景的资源化利用方法。通过控制热处理工艺，将熔融得到的前驱体玻璃晶化，使非晶体玻璃转变为具有优异上转换发光性能的微晶玻璃。盛嘉伟等人(CN109020229A)采用电镀污泥制备了黑色微晶玻璃，其虽然可防止废物里的重金属浸出和挥发，但在玻璃原料中电镀污泥只占25-35％，其电镀污泥利用效率并不高。程金树等人(烧结法稀土尾矿微晶玻璃装饰板的研究，玻璃与搪瓷，2008)则报道了利用稀土尾矿为主要原料制备稀土尾矿微晶玻璃板材的方法。高占勇等人(Al2O3对稀土尾矿微晶玻璃结构和性能的影响，中国陶瓷，2013)以白云鄂博稀土尾矿为主要原料制备微晶玻璃。需要注意的是虽然稀土尾矿中含有少量的稀土或许可作为上转换发光的原料，但目前关于此类稀土尾矿玻璃发光性能的研究还很少。近年来，将固体废弃物作为原料进行生产轻质骨料、陶瓷、微晶玻璃等材料的研究报道逐渐增加，其虽然可防止重金属的浸出和材料的强度提高，但关于利用它们制备上转换微晶发光玻璃的研究仍鲜有报道，因此，此技术有很大的发展空间。
技术实现思路
针对现有污泥废弃物处理技术的不足，本专利技术的目的是提供一种利用污泥废弃物烧制稀土上转换发光玻璃的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种利用污泥废弃物烧制稀土上转换发光玻璃的方法，包括如下步骤：将污泥废弃物与稀土氧化物和含氟原料研磨混合均匀后，进行高温熔融，保温5～30min后冷却，再经过一定温度晶化保温30～180min得到稀土掺杂污泥废弃物的上转换发光玻璃。作为优选方案，所述污泥废弃物选自市政污泥、含氟污泥、竹园污泥飞灰、河湖淤泥中的一种或者多种。作为优选方案，所述污泥废弃物的化学组成为SiO2、Al2O3、CaO、MgO、CaF2、CaCO3、CaSO4中的一种或者多种；所述污泥废弃物中，SiO2的质量分数为20％～90％，Al2O3的质量分数为10％～30％，CaO的质量分数为1％～10％，MgO的质量分数为2％～10％，CaF2的质量分数为2％～20％，CaCO3的质量分数为5％～25％，CaSO4的质量分数为3％～60％。作为优选方案，所述稀土氧化物中的稀土选自Eu、Tm、Yb、Er、Ho、Dy、Sm、Lu、Y、Nd中的一种或者多种。作为优选方案，所述含氟原料选自NaF、CaF2、KF、SrF2、PbF2、LaF3、AlF3中的一种或者多种。作为优选方案，所述污泥废弃物与稀土和含氟原料研磨混合形成的混合物中，以质量含量为100％计，所述污泥废弃物、稀土氧化物和含氟原料的质量百分含量分别为：50～90％、0.02～5％、5～60％。稀土离子掺杂量太低时，上转换发光弱；稀土离子掺杂量太高时，会导致猝灭效应，也会降低上转换发光强度。作为优选方案，所述高温熔融温度为1800～2000℃。作为优选方案，所述晶化温度为300～900℃。本专利技术方法的原理是将污泥废弃物与稀土和含氟原料组成的混合物在高温熔融化后形成前驱体非晶体玻璃，再将此非晶体玻璃经过热处理后转化为上转换发光玻璃。在长波长辐射下，稀土离子通过基质晶格传递的激发能上升到激发态，在返回基态时释放能量产生发光。在原料上，污泥废弃物含有的SiO2、Al2O3、CaO和MgO等可为上转换发光玻璃提供骨架，CaF2、SrF2和PbF2等作为稀土离子掺杂的基质材料，并且可作为形核剂和助溶剂；而稀土则作为敏化剂和激活剂。当使用的污泥废弃物中只存在少量或没有CaF2时可加入更多量的含氟原料。含氟原料的加入是为了在保证氟化物纯度的同时，引入声子能量更低的氟化物以提高上转换发光效率。因此，利用污泥废弃物烧制稀土掺杂型上转换发光玻璃是可行的。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术采用不同种类的污泥废弃物、不同种类的稀土和含氟原料烧制上转换发光玻璃，对污泥废弃物种类的限制不大，因而广泛性强；2、本专利技术基于污泥废弃物烧制上转换发光玻璃，是一种无害化处理和高值化利用方法。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例提供了一种基于市政污泥和含氟污泥烧制Er和Yb掺杂的上转换发光玻璃的方法，包括以下步骤：取一定量的市政污泥，其SiO2的质量分数为75％，Al2O3的质量分数为15％，CaO的质量分数为8％，MgO的质量分数为2％。同时取一定量的含氟污泥，其SiO2的质量分数为50％，Al2O3的质量分数为30％，CaF2的质量分数为20％。按50％市政污泥－28％含氟污泥－17％NaF－0.5％Er2O3－4.5％Yb2O3配比称取原料共10g。通过研磨使其充分混匀后，装入石英坩埚中，置于马弗炉中升温到1800℃，恒温30min得到玻璃熔体，在高温熔融状态下将玻璃熔体进行淬火处理得到前驱体玻璃。将前驱体玻璃放入马弗炉以5℃/min升温到500℃，恒温150min后随马弗炉降到室温，得到上转换发光玻璃。此上转换发光玻璃在980nm激光激发下，能够发射出强烈的524和547nm绿光。实施例2本实施例提供了一种基于河湖污泥烧制Tm和Yb掺杂的上转换发光玻璃的方法，包括以下步骤：取一定量的河湖污泥，其SiO2的质量分数为58％，Al2O3的质量分数为30％，CaO的质量分数为2％，MgO的质量分数为10％。按90％河湖污泥－9.98％PbF2－0.01％Tm2O3－0.01％Yb2O3配比称取原料共10g，通过研磨使其充分混匀，装入石英坩埚中，置于马弗炉中升温到1900℃，恒温20min得到玻璃熔体，在高温熔融状态下将玻璃熔体进行淬火处理得到前驱体玻璃。将前驱体玻璃放入马弗炉以5℃/min升温到900℃，恒温30min后随马弗炉降到室温，得到上转换发光玻璃。此上转换发光玻璃在980nm激光激发下，能够发射出强烈的470nm蓝光。实施例3本实施例提供了一种基于河湖污泥和含氟污泥烧制Tm和Ho掺杂的上转换发光玻璃的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用污泥废弃物烧制稀土上转换发光玻璃的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n将污泥废弃物与稀土氧化物和含氟原料研磨混合均匀后，进行高温熔融，保温5～30min后冷却，再经过一定温度晶化保温30～180min得到稀土掺杂污泥废弃物的上转换发光玻璃。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用污泥废弃物烧制稀土上转换发光玻璃的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将污泥废弃物与稀土氧化物和含氟原料研磨混合均匀后，进行高温熔融，保温5～30min后冷却，再经过一定温度晶化保温30～180min得到稀土掺杂污泥废弃物的上转换发光玻璃。


2.如权利要求1所述的利用污泥废弃物烧制稀土上转换发光玻璃的方法，其特征在于，所述污泥废弃物选自市政污泥、含氟污泥、竹园污泥飞灰、河湖淤泥中的一种或者多种。


3.如权利要求1或2所述的利用污泥废弃物烧制稀土上转换发光玻璃的方法，其特征在于，所述污泥废弃物的化学组成为SiO2、Al2O3、CaO、MgO、CaF2、CaCO3、CaSO4中的一种或者多种；
所述污泥废弃物中，SiO2的质量分数为20％～90％，Al2O3的质量分数为10％～30％，CaO的质量分数为1％～10％，MgO的质量分数为2％～10％，CaF2的质量分数为2％～20％，CaCO3的质量分数为5％～25％，CaSO4的质量分数为3％～60％。

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凤岭，黄寿强，雷学芳，吕扬，孙德山，管闯，仇洪波，卢圣涛，
申请(专利权)人：山东国舜建设集团有限公司，江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：山东;37