【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程材料，公开了一种粉煤灰基地聚物固碳吸附材料及其制备方法。
技术介绍
1、采矿活动会形成巨大废弃矿山地下空间，将能吸附co2的固废材料处置于废弃地下空间，有助力破解关退矿山地下空间碳废协同处置技术瓶颈，实现地下储碳产业从被动封碳到主动封碳的技术升级，并将这些废弃空间改造为大型碳废协同封存地下空间。大宗固体废弃物综合利用的指导意见中指出要提高大宗固废利用效率。目前主要采用固废与co2反应生成矿化（碳酸盐）充填材料的方式来进行地下空间碳废协同处置，此方式形成的矿化充填材料存在矿化效率低（取决于高温环境）、反应产物不稳定（高温部分产物易分解）、强度低等缺陷（颗粒间胶结强度低），因此亟需突破粉煤灰矿化封储co2制约。
2、地聚物作为一种多孔材料，有吸附co2的潜力。目前已有学者将稻壳灰(微孔材料)掺入地聚物中，虽然可以增加系统中的微孔孔隙（<2 nm），在一定程度上提高co2的吸附能力，其仅仅是通过添加微孔材料来增强co2吸附能力，并未充分发挥地聚物不同尺度孔隙带来的吸附潜力。因此本专利技术通过引入高吸附性能的微孔材料首先提升地聚物微孔占比，再对地聚物进行水热转化进一步将地聚物中孔隙向微孔（<2 nm）及介孔（2-50 nm）进行转化，综合提升地聚物微孔及介孔占比，显著提升改性固碳地聚物对co2的吸附能力。
技术实现思路
1、鉴于粉煤灰中铝硅酸盐的高反应性、13x沸石在吸附co2方面的优异表现、常规地聚物向沸石相变转化增强材料比表面积的显著效果，本申
2、其中，粉煤灰富含高反应性氧化硅、氧化铝，在与碱性溶液反应后会发生解聚-缩聚等一系列化学反应合成出具有大量孔隙的稳定三维网格材料，可以为二氧化碳的储存提供大量的吸附点位。
3、此外，常规地聚物微孔占比较小，而微孔是影响地聚物比表面积及吸附性能的重要因素。13x沸石有效孔径约为1 nm左右，能够有效吸附直径约为0.33 nm的co2气体分子，且因其较大的比表面积和较高的金属阳离子含量，能够在吸附过程中与co2发生相互作用，从而有效捕获co2，若能在地聚物中引入13x沸石将显著提升地聚物的微孔占比与co2吸附潜力。此外，地聚物的非晶体三维凝胶网络结构在热力学上是不稳定的，这意味着在常温常压下它们会非常缓慢地向沸石晶相转变，而转变为沸石晶相将显著提升材料微孔及介孔占比、比表面积及co2吸附潜力，这个过程可能需要较长时间，在特定环境中加速这一相变过程并提高相变的效率和完整性，将为进一步增强co2吸附性能带来曙光。因此，引入13x沸石增强地聚物材料微孔占比，开展地聚物特定环境下向沸石的相变转化以增强其微孔及介孔占比，将综合改善影响地聚物co2吸附潜力的微孔与介孔，合成新型固废基高效固碳材料。对促进实现碳封存、固废处置、改造废弃矿山空间为碳废处置空间具有广阔前景与意义。
4、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
5、本专利技术第一技术目的是提供一种粉煤灰基地聚物固碳吸附材料，主要由以下物质制备而得：
6、粉煤灰100份，水55~70份，13x沸石10~34份，碱激发剂15~38份。
7、可选地，所述的粉煤灰基地聚物固碳吸附材料，固液质量比为0.55-0.7，硅铝摩尔比为1.7-2.0，固化温度为恒温80 ℃。
8、可选地，所述碱激发剂为氢氧化钠与硅酸钠的混合粉末，按照重量份数计，所述碱激发剂包括硅酸钠12~27份，氢氧化钠3~11份；
9、且，所述碱激发剂的模数为0.8-1.1，为sio2与na2o的物质的量比；所述氢氧化钠为分析纯粉末；所述硅酸钠为分析纯粉末，模数为2.8。
10、可选地，所述13x沸石为白色粉末，孔径约为1 nm，co2分子能够被吸附在孔道内；粒径为2 μm~4 μm，堆积密度≥0.33 g/ml，以便更好的分散到地聚物浆料之中。
11、本专利技术的第二技术目的是提供上述粉煤灰基地聚物固碳吸附材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
12、s1：将氢氧化钠溶解在室温状态的水中，待其完全溶解并恢复到室温后，将其在水浴锅中加热至50 ℃并保持该温度，然后按1~2份的比例分批逐次加入硅酸钠，边加边搅拌，直至硅酸钠完全溶解，从而制备出碱激发剂溶液。
13、s2：将s1所述的碱激发剂溶液冷却至室温后，逐步将粉煤灰缓慢加入其中，边加边用玻璃棒搅拌，制成地聚物浆料。接着在分散机上以400 r/min的速度进行搅拌，持续4至6分钟以确保混合均匀。
14、s3：将步骤s2中得到的地聚物浆料从分散机中取出，然后分批加入13x沸石，分批逐次加入的重量份数为3.4份。每次添加13x沸石后，需重新在分散机上以400 r/min的速度搅拌1至2分钟，以确保13x沸石与浆料充分混合，制备出粉煤灰-13x沸石复合地聚物浆料。
15、s4：将s3中所述的粉煤灰-13x沸石复合地聚物浆料倒入塑胶模具内，在恒温箱中以80 ℃固化24 h，之后取出并脱模。
16、s5：将s4中所述的脱模后的地聚物样品，放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在反应釜中加入2 mol/l的氢氧化钠溶液，将反应釜置于100 ℃恒温箱中水热反应48 h；将地聚物样品从反应釜中取出，用去离子水反复洗涤，直至洗涤后的液体ph接近8；将样品放入恒温箱中60 ℃干燥，干燥完成后即得到粉煤灰基改性地聚物固碳材料。
17、需要说明的是，本专利技术材料通过添加特定粒径13x沸石进行改性，并通过原位水热转化工艺显著提升其固碳吸附性能。本专利技术公开的粉煤灰基地聚物材料及制备方法简便易行，易于在工业生产中实施，能够克服目前固废直接与co2反应生成矿化（碳酸盐）充填材料、矿化效率低和反应产物不稳定的缺点，充分利用地聚物材料的自身特性，通过将13x沸石引入粉煤灰基地聚物中，提升材料的微孔孔隙率；通过原位水热转化提升介孔孔隙率与微孔孔隙率，综合改善材料的微孔与介孔，赋予材料极高孔隙率及比表面积，显著增强其co2吸附性能。本专利技术的地聚物固碳吸附材料具有广泛的应用前景，为协同解决碳封存、固体废弃物处置、废弃地下空间再利用提供了一种新的方法，具有重要的环保、社会及经济效益。
18、经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供了一种粉煤灰基地聚物固碳吸附材料及其制备方法，具有如下优异效果：
19、本专利技术通过向地聚物引入13x沸石，挑选具有最多微孔及最大比表面地聚物最优配方；再对具有最大比表面积的13沸石改性地聚物进行水热转化，既通过引入13x沸石向粉煤灰基地聚物中引入了纳米级微孔孔隙，又通过地聚物材料水热转化改善了地聚物自身的微孔及介孔孔隙结构，显著提高了固碳地聚物的微孔与介孔孔隙率和影响吸附性能的比表面积。比表面积达到35本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种粉煤灰基地聚物固碳吸附材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的粉煤灰基地聚物固碳吸附材料的制备方法，其特征在于，所述原料按照重量份数计，主要由以下物质组成：
3.根据权利要求2所述的粉煤灰基地聚物固碳吸附材料的制备方法，其特征在于，所述碱激发剂为氢氧化钠与硅酸钠的混合粉末，按照重量份数计，所述碱激发剂包括硅酸钠12~27份，氢氧化钠3~11份；
4.根据权利要求1所述的粉煤灰基地聚物固碳吸附材料的制备方法，其特征在于，所述S2中的搅拌转速为400 r/min，搅拌时间为4~6 min；所述S3中的搅拌转速为400 r/min，搅拌时间为1~2 min；所述S4中的恒温固化温度为80 ℃，固化时间为24 h；所述S5中的水热反应温度为100 ℃，反应时间为48 h。
5.根据权利要求1所述的粉煤灰基地聚物固碳吸附材料的制备方法，其特征在于，所述S1中的硅酸钠分批逐次加入的重量份数为1~2份，所述S3中的13X沸石分批逐次加入的重量份数为3.4份，所述S5中的氢氧化钠溶液加入浓度为2 mo
6.一种如权利要求1所述方法制备的粉煤灰基地聚物固碳吸附材料。
7.根据权利要求6所述的粉煤灰基地聚物固碳吸附材料，其特征在于，所述的粉煤灰基地聚物固碳吸附材料，固液质量比为0.55-0.7，硅铝摩尔比为1.7-2.0，固化温度为恒温80℃。
...【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰基地聚物固碳吸附材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的粉煤灰基地聚物固碳吸附材料的制备方法，其特征在于，所述原料按照重量份数计，主要由以下物质组成：
3.根据权利要求2所述的粉煤灰基地聚物固碳吸附材料的制备方法，其特征在于，所述碱激发剂为氢氧化钠与硅酸钠的混合粉末，按照重量份数计，所述碱激发剂包括硅酸钠12~27份，氢氧化钠3~11份；
4.根据权利要求1所述的粉煤灰基地聚物固碳吸附材料的制备方法，其特征在于，所述s2中的搅拌转速为400 r/min，搅拌时间为4~6 min；所述s3中的搅拌转速为400 r/min，搅拌时间为1~2 min；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：季雨坤，杨成，褚召祥，韩鑫楚，李晓昭，崔晓松，王姣霞，季黄杰，丁清华，赵鹏，
申请(专利权)人：深地科学与工程云龙湖实验室，
类型：发明
国别省市：
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