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近年来,由于快速的城市扩张与大规模的旧城改造,建筑行业得到了突飞猛进的发展,由此产生了大量的建筑垃圾。建筑垃圾是在新建筑物施工和既有结构拆除过程中产生的废弃物,其化学成分与粘土相近,具有制备陶粒的潜力;另外,建筑垃圾中的金属、塑料、纤维织物等组分回收之后,剩余物主要是由SiO2-Al2O3-CaO-Fe2O3组成,适合合成沸石类功能材料。鉴于此,本研究主要开展了建筑垃圾合成沸石化陶粒、六棱柱钙霞石和全氟化合物吸附材料的研究,以期为建筑垃圾的高附加值产业化利用提供科学指导: 本研究的主要研究结果如下: (1)根据建筑垃圾与湿污泥组成与形态特征上的互补性,利用建筑垃圾配合湿污泥烧制多孔轻质陶粒。研究发现,湿污泥的最佳添加量为45%,烧结温度970℃,最佳升温速率范围为12-18℃/min,最佳保温时间范围为10-15min。生产的陶粒产品具有低密度(密度<1g/cm3)、低吸水率(吸水率4.2%)、高筒压强度(1.51MPa)等优点,符合GB/T17431-2010中规定500级人工轻集料的强度和吸水率标准。陶粒可以通过碱水热反应进一步转化为沸石化陶粒。沸石化反应的最佳合成条件为:NaOH浓度4mol/L,反应温度160℃,反应时间12h,产物为以八面沸石为单一晶相的沸石化陶粒。陶粒沸石化之后,八面沸石晶体在沸石化陶粒表面多以柱状晶体堆积而成的球形凸起为主,在内部孔壁柱状晶体多以簇状分布。沸石化陶粒比表面积约50 m2/g,较沸石化处理前的污泥-建筑垃圾陶粒提高了近20倍。浸出实验结果显示,沸石化陶粒实现了有害重金属的有效固定,满足危险废物鉴别标准(GB5085.3-2007)的要求。吸附实验结果表明,沸石化陶粒对Ni2+的吸附等温曲线与Langmuir吸附模型拟合较好,说明吸附过程属于单分子层吸附,化学吸附占支配地位。不同粒径的沸石化陶粒对Ni2+均具有较高的吸附能力,吸附容量随粒径减小而增加。 (2)以建筑垃圾为原料直接通过碱水热反应合成一种自然界稀少的似长石类沸石矿物-钙霞石,傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)等的分析结果显示,合成的钙霞石是一种稀有的类型,其特点是具有以六棱锥为末端的六棱柱结构,六棱柱晶体的宽度介于100nm到1000nm之间,是一种纳米尺寸的矿物。 (3)通过碱融-水热反应和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性技术成功制备出以建筑垃圾为主要原料的有机改性吸附剂(CMCDSS),对全氟辛烷磺酰基化合物类污染物(PFOS,文中以全氟辛基磺酸钾为例)具有良好的吸附净化效果。吸附实验结果显示,PFOS在CMCDSS上能实现高效快速吸附,2.5h就能达到吸附平衡。吸附于CMCDSSs上的PFOS量随着CTAB负载量的增加而逐渐增加。溶液pH和初始浓度对PFOS在CMCDSS上的吸附行为具有显著影响,CMCDSS在酸性溶液中(pH=2-6)具有良好的应用效果。在不同的溶液体系中,影响PFOS吸附的主要因素不同,静电吸附、疏水分配作用、氢键作用和配位体交换作用均参与PFOS在CMCDSS上的吸附行为。