粉煤灰基脱硝水泥的制备方法与流程

本发明涉及大气污染治理领域和建筑材料，具体涉及一种粉煤灰基脱硝水泥的制备方法。

背景技术：

1、粉煤灰是由燃煤电厂烟囱收集的粉尘。大量的粉煤灰若得不到合理的处置，不仅会占用大片可利用土地，也会严重污染大气，而且堆放地也存在粉煤灰通过雨水渗透到地下污染地下水的风险，其灰浆排放进入江河湖泊会堵塞河道直接影响生态系统。此外，长期接触粉煤灰也会引起尘肺病、肺癌、呼吸道杂病等。因此寻找到一种绿色、高效的粉煤灰处理方式刻不容缓。

2、由于粉煤灰的火山灰性特质，目前粉煤灰主要被用于制造水泥、粉煤灰砖、混凝土等。如专利cn117342807b公开了一种低热水泥及其生产工艺，以硅酸盐水泥熟料、石膏、粉煤灰、助磨剂、辅助剂、增强剂为原料，经混合研磨得到低热水泥，该水泥水热化低、抗压强度高，环境友好。又如专利cn114230312b公开了一种粉煤灰透水砖及其制备方法，该方案对粉煤灰进行酸化、表面活性处理、改性处理，而后将其应用于制备透水砖，使透水砖具有优异的透水性能和力学强度。专利cn108546050b公开了一种粉煤灰基混凝土，以人造粉煤灰骨料、硅灰、地质聚合物水泥等为原料制备成混凝土，所得到的混凝土化学和热稳定性极佳。上述方案虽然为粉煤灰的资源化再利用提供了解决方案，但经济效益较低，且随着房地产行业的没落对建筑材料的需求不断降低，因此寻找一种长期的、可持续的、高附加值的处理方案是必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的当下大量粉煤灰处理困难的问题以及目前粉煤灰再利用附加值低的问题，提供一种粉煤灰基脱硝水泥的制备方法，该方法通过将水泥熟料、石膏、粉煤灰、造孔剂、粘结剂和强度助剂混合均匀制备成粉煤灰基水泥，通过添加粉煤灰来提升水泥的抗裂性、耐腐蚀性和透气性；添加造孔剂后续会在水泥中形成大量孔道，增大比表面积，但也会造成水泥强度的降低，因此添加适量强度助剂可以有效缓解这一问题；而后将活性组分前驱物溶解于水中配制成活性溶液，与水泥混合均匀，利用3d打印技术形成空心柱状结构；在水泥的水化阶段，铝酸三钙会与石膏反应生成钙矾石，钙矾石中的硫酸钙可以增强其表面酸性，在脱除no时可以增强对nh3的捕获能力；最后通过高温处理氧化水泥柱中的造孔剂和粘结剂，形成多孔结构。所制备的粉煤灰基脱硝水泥兼具高比表面积、高表面酸性、强氧化还原能力，因此具有优异的脱硝性能。

2、为了实现上述目的，一种粉煤灰基脱硝水泥的制备方法，该粉煤灰基脱硝水泥包括载体和活性组分，其中，载体为粉煤灰基水泥，活性组分为ceo2和zro2的混合物，活性组分含量为载体质量的5～10％，其中ceo2和zro2的质量比为(90～95)：(5～10)；

3、该制备方法具体步骤如下：

4、(1)将粉煤灰研磨，而后与水泥熟料、石膏、造孔剂、粘结剂和强度助剂混合均匀制备成粉煤灰基水泥；

5、(2)将活性组分前驱物溶解于去离子水中，然后与粉煤灰基水泥搅拌均匀；

6、(3)利用3d打印技术将步骤(2)得到的产物制备成空心圆柱状结构，而后进行蒸汽养护；

7、(4)干燥步骤(3)得到的水泥块，然后转移至马弗炉中进行焙烧处理。

8、优选地，在步骤(1)中，所述粘结剂为聚氧化乙烯、羧甲基纤维素或聚乙烯醇。

9、优选地，所述造孔剂为活性炭粉，活性炭粉粒径为150～200目。

10、优选地，所述强度助剂为玻璃纤维，玻璃纤维长度为1.5～3cm。

11、优选地，在步骤(1)中，各组分的配比为：水泥熟料25～35份，石膏15～20份，粉煤灰45～55份，造孔剂10～15份，强度助剂2～5份；粘结剂添加质量为水泥熟料、石膏、粉煤灰、造孔剂和强度助剂总质量的2～5％。

12、优选地，步骤(1)所述的水泥熟料为低钠水泥熟料或抗硫酸盐水泥熟料。

13、优选地，所述粉煤灰为低钠粉煤灰。

14、优选地，步骤(2)中水料比为0.7～0.8。

15、优选地，所述的活性组分前驱物为硝酸铈和氧氯化锆的混合物或硝酸铈和硝酸锆的混合物。

16、优选地，在步骤(3)中，3d打印的挤出打印速率为20～40mm，挤出嘴直径为0.8～1mm。

17、优选地，在步骤(3)中，所述空心圆柱状结构的圆柱内径为3～5mm，壁厚为0.8～1mm。

18、优选地，在步骤(3)中，使用超声加湿器进行加湿养护，养护温度为10～25℃，养护时间为30～35天。

19、优选地，步骤(4)的焙烧温度为500～600℃，焙烧时间为2～4h。

20、本发明第二方面提供了一种前文所述的方法制备得到的粉煤灰基脱硝水泥在脱除气体中氮氧化物中的应用，其特征在于，该应用的环境包括：温度为300～400℃，尘含量为5～10mg/m3。

21、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

22、本发明提供了一种粉煤灰基脱硝水泥的制备方法，该水泥以粉煤灰基水泥为载体，以铈锆金属氧化物为活性组分。其中粉煤灰基水泥以粉煤灰为主材，不仅可以解决当下粉煤灰大量堆积无有效解决措施的问题，同时为水泥增加了抗裂性、耐腐蚀性和透气性；利用3d打印技术将水泥成型，与模具成型相比3d打印的成形体密度更低、孔隙率更高。最后通过焙烧去除水泥中的造孔剂，形成多孔结构。该水泥适用于低尘脱硝环境(尘含量5～10mg/m3)，在300～400℃区间可以实现80％以上脱硝效率。具有较高的经济价值和广阔的市场应用前景。

技术特征：

1.一种粉煤灰基脱硝水泥的制备方法，其特征在于，该粉煤灰基脱硝水泥包括载体和活性组分，其中，载体为粉煤灰基水泥，活性组分为ceo2和zro2的混合物，活性组分含量为载体质量的5～10％，其中ceo2和zro2的质量比为(90～95)：(5～10)；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述粘结剂为聚氧化乙烯、羧甲基纤维素或聚乙烯醇；

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，各组分的配比为：水泥熟料25～35份，石膏15～20份，粉煤灰45～55份，造孔剂10～15份，强度助剂2～5份；粘结剂添加质量为水泥熟料、石膏、粉煤灰、造孔剂和强度助剂总质量的2～5％。

4.根据权利要求1或2所述的步骤，其特征在于，步骤(1)所述的水泥熟料为低钠水泥熟料或抗硫酸盐水泥熟料；

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中水料比为0.7～0.8；

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，3d打印的挤出打印速率为20～40mm，挤出嘴直径为0.8～1mm。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述空心圆柱状结构的圆柱内径为3～5mm，壁厚为0.8～1mm。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，使用超声加湿器进行加湿养护，养护温度为10～25℃，养护时间为30～35天。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(4)的焙烧温度为500～600℃，焙烧时间为2～4h。

10.一种权利要求1-9中任意一项所述的方法制备得到的粉煤灰基脱硝水泥在脱除气体中氮氧化物中的应用，其特征在于，该应用的环境包括：温度为300～400℃，尘含量为5～10mg/m3。

技术总结
本发明涉及大气污染治理领域和建筑材料技术领域，公开了一种粉煤灰基脱硝水泥的制备方法。该制备方法具体步骤如下：(1)将粉煤灰研磨后与水泥熟料、石膏、造孔剂、粘结剂和强度助剂混合均匀制备粉煤灰基水泥；(2)配制活性组分溶液，与粉煤灰基水泥混合均匀；(3)利用3D打印技术制备成空心圆柱状结构，而后进行蒸汽养护；(4)彻底干燥水泥块，然后转移至马弗炉中进行焙烧处理。通过添加助剂制备出高强度水泥，而后以水泥为载体引入脱硝活性组分制备出脱硝水泥，对水泥胚体进行蒸汽养护，最后经过焙烧形成多孔结构。该粉煤灰基脱硝水泥适用于低尘环境脱硝，具有较高的脱硝效率。

技术研发人员：柏源,郭境忠,高斌斌,陈干勇,潘杨,韦飞,祝业青,徐海涛,金奇杰,田文鑫,朱鸿,雍佳成,耿宁露,沈啸轩
受保护的技术使用者：国电环境保护研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15