【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体废弃物高值化利用领域，涉及一种流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锑属于第五主族元素，是一种重要的战略性金属。世界上目前探明的含锑矿物达120余种，其中十余种可投入工业使用。通过开采与冶炼含锑矿物、燃烧含锑化石染料与工业活动排放等人类活动途径，锑可进入大气、土壤与水环境，具有强毒性、生物富集性和致癌性。在自然环境中，锑主要以三价(sb(oh)3、sb(oh)2+及sb(oh)4-)和五价(sb(oh)6-)的形态存在。锑及其化合物能与人体内巯基结合，干扰生物酶的活性或破坏离子平衡，从而引起人体的代谢紊乱，导致多种系统和器官的损害。
2、铁氧化物由于其较高的表面电荷和比表面积，常用作水处理吸附剂。虽然铁氧化物的吸附性能很好，对金属离子以及有机物具有较高的亲和性能，但由于它是一种松散的、易水解的、无定形的絮凝物质，同时它的导水性能极差，脱水困难，会增加污泥的体积和处理费用。解决这个问题的方法便是将铁氧化物负载在一定的载体上，使其结构稳定并易于固液分离。zhu等首先使用原位共沉淀法将fe3o4负载在埃洛石纳米管(hnts)中制备成hnts/fe3o4；yu等利用碳纳米管对fe2o3进行负载制备了新型的复合材料，提高了fe2o3的比表面积和分散性；许光眉使用石英砂负载羟基氧化铁制备了hfo-quartz sand复合材料，并用于水中sb(iii)的吸附。
3、由于铁、硅等基础元素在土壤和岩石中含量丰富，铁氧化物与硅氧化物经常共存于多种矿物中并相互作用和影响
4、二氧化硅气凝胶作为一种轻质的多孔材料，有较高的比表面积，因此具有作为铁氧化物载体的潜力。并且硅氧化物具有阻止铁氧化物形态转变的性质，所以一步合成一种硅&铁复合气凝胶，可以解决铁氧化物用于吸附领域的缺点。二氧化硅气凝胶的硅源一般是有机或复合硅源，这些原料价格高，增加了制备成本。而且常规铁氧化物类吸附剂对于锑的最大吸附量较低，最高只能达到只30.9mg/g，无法达到人们的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶及其制备方法和应用，提高了锑吸附剂对于锑的最大吸附量，并且极大的降低了成本。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、一种流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，包括以下过程：
4、s1，将流化床粉煤灰和氢氧化钠以质量比1:0.5-1:1.5的比例均匀混合后进行焙烧；
5、s2，将焙烧产物与盐酸以固液比1g：5ml-1g：10ml的比例混合，搅拌后真空抽滤得到硅&铁溶胶；
6、s3，将硅&铁溶胶与环氧丙烷按3：1-5：1的体积比混合，搅拌均匀后静置，等待凝胶；
7、s4，凝胶后对其依次进行老化、置换和干燥，得到流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶。
8、优选的，s1之前，对流化床粉煤灰进行重力沉降分级，按粒径大小范围分为多个等级，得到不同等级的流化床粉煤灰，采用粒径范围最小等级的流化床粉煤灰进行后续处理。
9、进一步，s1中，焙烧过程为：以10℃/min升温至350-650℃，在350-650℃下保温1-3h。
10、优选的，s2中，盐酸的浓度为4-6mol/l。
11、优选的，s2中，搅拌转速为300-500rpm，搅拌时间为30-90min。
12、优选的，s4的具体过程为，将凝胶常温密封老化3-9h后，加入等体积的乙醇，在40-80℃下置换6-18h，置换结束后抽滤，剩余固体40-80℃下干燥8-16h，得到流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶。
13、优选的，流化床粉煤灰的成分为：质量分数为59.6wt％的sio2、质量分数为7.65wt％的fe2o3、质量分数为19.9wt％的al2o3、质量分数为4.59wt％的cao和质量分数为1.17wt％的mgo。
14、一种基于上述制备方法制备得到的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶。
15、一种所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶作为锑吸附剂的应用。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
17、本专利技术通过钠化焙烧-酸浸工艺，获得含有硅、铁的复合前驱体，让硅、铁前驱体共同水解进而缩聚形成三维网络，实现了硅氧化物与铁氧化物的充分复合。形成的硅&铁双元凝胶中硅氧化物与铁氧化物均为无定型态，其本身的晶体结构使得原子配位高度不饱和，从而使其具有较高的吸附能力，最大吸附量可达到65.79mg/g，远超过常规铁氧化物类吸附剂对于锑的最大吸附量，并且采用流化床粉煤灰作为原料，极大的降低了成本。硅氧化物与铁氧化物的充分复合还解决了单一铁氧化物在吸附领域应用时易松散水解、导水性能极差、增加污泥的体积和处理费用的缺点，本专利技术拓宽了流化床粉煤灰基复合材料在重金属吸附领域的应用。
18、进一步，利用流化床粉煤灰本身较高的火山灰活性及其富含硅、铁元素的特性，通过重力分级工艺，将流化床粉煤灰分为不同粒径，其中高火山灰活性组分富集在小粒径产物中，利用小粒径(高火山灰活性)产物可以降低钠化焙烧时使用的温度和碱活化剂消耗量。
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1.一种流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下过程：
2.根据权利要求1所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，S1之前，对流化床粉煤灰进行重力沉降分级，按粒径大小范围分为多个等级，得到不同等级的流化床粉煤灰，采用粒径范围最小等级的流化床粉煤灰进行后续处理。
3.根据权利要求2所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，S1中，焙烧过程为：以10℃/min升温至350-650℃，在350-650℃下保温1-3h。
4.根据权利要求1所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，S2中，盐酸的浓度为4-6mol/L。
5.根据权利要求1所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，S2中，搅拌转速为300-500rpm，搅拌时间为30-90min。
6.根据权利要求1所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，S4的具体过程为，将凝胶常温密封老化3-9h后，加入
7.根据权利要求1所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，流化床粉煤灰的成分为：质量分数为59.6wt％的SiO2、质量分数为7.65wt％的Fe2O3、质量分数为19.9wt％的Al2O3、质量分数为4.59wt％的CaO和质量分数为1.17wt％的MgO。
8.一种基于权利要求1-7任意一项所述制备方法制备得到的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶。
9.一种基于权利要求8所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶作为锑吸附剂的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下过程：
2.根据权利要求1所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，s1之前，对流化床粉煤灰进行重力沉降分级，按粒径大小范围分为多个等级，得到不同等级的流化床粉煤灰，采用粒径范围最小等级的流化床粉煤灰进行后续处理。
3.根据权利要求2所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，s1中，焙烧过程为：以10℃/min升温至350-650℃，在350-650℃下保温1-3h。
4.根据权利要求1所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，s2中，盐酸的浓度为4-6mol/l。
5.根据权利要求1所述的流化床粉煤灰基纳米硅&铁双元凝胶的制备方法，其特征在于，s2中，搅拌转速为300-500rpm，搅拌时间为30-9...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓民，马健翔，武俊杰，贺攀阳，高红洁，刘冰，郑伟，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：
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