一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒、制备方法及应用

摘要

本申请涉及水处理技术领域，具体公开了一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒、制备方法及应用。所述发泡颗粒由预拌混合料经过造粒成型和干燥后经由筛分得到；所述预拌混合料包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥20‑30份，吸水胶粉24‑48份，稻壳灰2‑8份，填充纤维3‑5份，铝粉发泡剂0.1‑0.8份，空心玻璃微珠0.1‑10份，水15‑25份。本申请的水体处理发泡颗粒在加工过程中因收缩而产生的开裂较少，因此具有较高的机械强度，不容易在运输过程中破碎，便于进行推广和应用。

权利要求

1.一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，其特征在于，所述发泡颗粒由预拌混合料经过造粒成型和干燥后经由筛分得到；所述预拌混合料包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥25‑30份，吸水胶粉36‑48份，稻壳灰4‑8份，填充纤维4‑5份，铝粉发泡剂0.4‑0.8份，空心玻璃微珠5‑10份，水20‑25份；所述吸水胶粉由复合胶料经过混炼、硫化成型和粉碎后得到，所述复合胶料的组分包括改性丁腈橡胶和SAP树脂；所述改性丁腈橡胶由丁腈橡胶经过碱性水解后得到; 所述复合胶料包括如下重量份的组分：改性丁腈橡胶100份，SAP树脂60份，硬脂酸1.5份，纳米氧化锌5份，炭黑40份，硫黄1.5份，促进剂3份，防老剂1.5份。

2.根据权利要求1所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，其特征在于，所述改性丁腈橡胶按照如下方法制备：（1）将丁腈橡胶加入丙酮中，超声振荡直到丁腈橡胶完全溶解，得到橡胶溶液；然后将氢氧化钠溶于甘油和水的混合液中，得到水解改性液；（2）将橡胶溶液和水解改性液混合，得到反应液，在30‑50℃加热反应液18‑36h，然后将反应液加入无水乙醇中，然后过滤取出沉淀物，对沉淀物进行水洗和干燥，得到改性丁腈橡胶。

3.根据权利要求2所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，其特征在于，所述反应液中的氢氧化钠浓度为3‑5mol/L。

4.根据权利要求2所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，其特征在于，所述反应液在40‑50℃加热；所述反应液的加热时间为24‑36h。

5.根据权利要求1所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，其特征在于，所述填充纤维选用改性腈纶纤维，所述改性腈纶纤维由腈纶纤维经过碱性水解后得到。

6.根据权利要求5所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，其特征在于，所述改性腈纶纤维按照如下方法制备：（1）将氢氧化钠溶解于甘油和水的混合溶剂中，得到氢氧化钠浓度为5mol/L的水解改性液，将腈纶纤维加入水解改性液中，在90℃加热3h；（2）使用氯化氢的异丙醇溶液将水解改性液中和至pH呈中性，然后将腈纶纤维取出，并进行洗涤和干燥，得到改性腈纶纤维。

7.如权利要求1‑6任意一项所述的一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）配制复合胶料，然后依次进行混炼、硫化和粉碎，得到吸水胶粉，将硅酸盐水泥、吸水胶粉、稻壳灰、填充纤维、铝粉发泡剂、空心玻璃微珠和水混合，得到预拌混合料；（2）对预拌混合料进行造粒成型，然后将得到的颗粒风干至恒重，再经过筛分后得到水体处理发泡颗粒。

说明书

一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒、制备方法及应用

技术领域

[0001] 本申请涉及水处理技术领域，更具体地说，它涉及一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒、制备方法及应用。

背景技术

[0002] 目前，在自然水体污染控制和处理中，通过吸附性材料的物理吸附作用去除水中的污染物作为净化手段较为常见，具体的吸附材料可选择活性炭、活性氧化铝等。这些吸附材料虽然对水体中的大部分污染物都具备吸附作用，但是生产工艺复杂、生产成本较高，因此不适合进行推广。

[0003] 公告号为CN116510707A公开了一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，包括如下重量份的原料：硅酸盐水泥20‑30份；碳酸钙粉40‑60份；发泡剂1‑10份；空心玻璃微球0.1‑10份；水15‑25份。这种发泡颗粒由上述原料经过搅拌混合、挤压造粒或模具造型、浸泡后处理及干燥筛分步骤制得。

[0004] 针对上述中的相关技术，发明人认为，相关技术中的发泡颗粒虽然在成本上具备一定的优势，但是这种发泡颗粒的水胶比在0.5以上，在挤压造粒或模具造型过程中容易因失水收缩过大而发生开裂，并且会对发泡颗粒的机械强度造成影响。

发明内容

[0005] 相关技术中，发泡颗粒的原料中的水胶比在0.5以上，在干燥过程中容易因失水收缩过大而开裂，会对发泡颗粒的机械强度造成影响。为了改善这一缺陷，本申请提供一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒、制备方法及应用。

[0006] 第一方面，本申请提供一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，采用如下的技术方案：

[0007] 一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒，所述发泡颗粒由预拌混合料经过造粒成型和干燥后经由筛分得到；所述预拌混合料包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥20‑30份，吸水胶粉24‑48份，稻壳灰2‑8份，填充纤维3‑5份，铝粉发泡剂0.1‑0.8份，空心玻璃微珠0.1‑10份，水15‑25份；所述吸水胶粉由复合胶料经过混炼、硫化成型和粉碎后得到，所述复合胶料的组分包括改性丁腈橡胶和SAP树脂；所述改性丁腈橡胶由丁腈橡胶经过碱性水解后得到。

[0008] 通过采用上述技术方案，本申请对含有改性丁腈橡胶和SAP树脂的复合胶料进行加工，得到了吸水胶粉，并使用吸水胶粉和其余原料制备了发泡颗粒。在预拌混合料中，吸水胶粉发生吸水，降低了预拌混合料中的实际水胶比，同时稻壳灰也与水泥石结合，有利于提高硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石强度，改善水泥石的抗裂性能。而在对造粒成型得到的颗粒进行干燥的过程中，吸水胶粉能够缓慢释放水分，补偿水泥石的干燥失水，进而减少水泥石因失水收缩而开裂的可能。吸水胶粉中的SAP树脂虽然在吸收和释放水分的过程中也会发生体积变化，但是改性丁腈橡胶的弹性以及包覆作用能够减小这种体积变化的幅度，因此吸水胶粉失水收缩的幅度较小。此外，稻壳灰增强了水泥石的抗裂性能，这也减少了吸水胶粉的失水收缩对发泡颗粒机械强度造成的影响。本申请的水体处理发泡颗粒在加工过程中因收缩而产生的开裂较少，因此具有较高的机械强度，不容易在运输过程中破碎，便于进行推广和应用。

[0009] 作为优选，所述预拌混合料包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥25‑30份，吸水胶粉36‑48份，稻壳灰4‑8份，填充纤维4‑5份，铝粉发泡剂0.4‑0.8份，空心玻璃微珠5‑10份，水20‑25份。

[0010] 通过采用上述技术方案，优选了预拌混合料的原料配比，有助于改善发泡颗粒的机械强度。

[0011] 作为优选，所述复合胶料包括如下重量份的组分：改性丁腈橡胶100份，SAP树脂60份，硬脂酸1.5份，纳米氧化锌5份，炭黑40份，硫黄1.5份，促进剂3份，防老剂1.5份。

[0012] 通过采用上述技术方案，本申请优选了复合胶料的原料配比，按照此配比能够制备出具有释水性能的吸水胶粉。

[0013] 作为优选，所述改性丁腈橡胶按照如下方法制备：

[0014] （1）将丁腈橡胶加入丙酮中，超声振荡直到丁腈橡胶完全溶解，得到橡胶溶液；然后将氢氧化钠溶于甘油和水的混合液中，得到水解改性液；

[0015] （2）将橡胶溶液和水解改性液混合，得到反应液，在30‑50℃加热反应液18‑36h，然后将反应液加入无水乙醇中，然后过滤取出沉淀物，对沉淀物进行水洗和干燥，得到改性丁腈橡胶。

[0016] 通过采用上述技术方案，本申请以氢氧化钠作为水解改性液的主要成分，在碱性条件下使得丁腈橡胶的腈基发生水解，得到了具有一定亲水性的改性丁腈橡胶。

[0017] 作为优选，所述反应液中的氢氧化钠浓度为3‑5mol/L。

[0018] 通过采用上述技术方案，优选了反应液中的氢氧化钠浓度，有助于提高改性丁腈橡胶的亲水性，进而改善吸水胶粉的释水性能。

[0019] 作为优选，所述反应液在40‑50℃加热。

[0020] 通过采用上述技术方案，优选了反应液的加热温度，有助于提高改性丁腈橡胶的亲水性，进而改善吸水胶粉的释水性能。

[0021] 作为优选，所述反应液的加热时间为24‑36h。

[0022] 通过采用上述技术方案，优选了反应液的加热时间，有助于提高改性丁腈橡胶的亲水性，进而改善吸水胶粉的释水性能。

[0023] 作为优选，所述填充纤维选用改性腈纶纤维，所述改性腈纶纤维由腈纶纤维经过碱性水解后得到。

[0024] 通过采用上述技术方案，优选了填充纤维为改性腈纶纤维，腈纶纤维的腈基水解之后转化为羧基，能够在发泡颗粒中起到导水作用，有利于使吸水胶粉充分发挥补水作用。

[0025] 作为优选，所述改性腈纶纤维按照如下方法制备：

[0026] （1）将氢氧化钠溶解于甘油和水的混合溶剂中，得到氢氧化钠浓度为5mol/L的水解改性液，将腈纶纤维加入水解改性液中，在90℃加热3h；

[0027] （2）使用氯化氢的异丙醇溶液将水解改性液中和至pH呈中性，然后将腈纶纤维取出，并进行洗涤和干燥，得到改性腈纶纤维。

[0028] 通过采用上述技术方案，优选了改性腈纶纤维的制备方法，能够得到具有一定导水性能的改性腈纶纤维。

[0029] 第二方面，本申请提供一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒的制备方法，采用如下的技术方案：

[0030] 一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒的制备方法，包括以下步骤：

[0031] （1）配制上述的复合胶料，然后依次进行混炼、硫化和粉碎，得到吸水胶粉，将硅酸盐水泥、吸水胶粉、稻壳灰、填充纤维、铝粉发泡剂、空心玻璃微珠和水混合，得到预拌混合料；

[0032] （2）对预拌混合料进行造粒成型，然后将得到的颗粒风干至恒重，再经过筛分后得到水体处理发泡颗粒。

[0033] 通过采用上述技术方案，本申请先配制了预拌混合料，然后经过造粒成型和风干得到了定型的颗粒，最后经过筛分后得到了水体处理发泡颗粒。

[0034] 第三方面，本申请提供一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒的应用，采用如下的技术方案：

[0035] 一种适用于自然水体水处理的发泡颗粒的应用，所述发泡颗粒作为适用于自然水体的处理材料使用。

[0036] 综上所述，本申请具有以下有益效果：

[0037] 1、本申请的水体处理发泡颗粒在加工过程中因收缩而产生的开裂较少，因此具有较高的机械强度，不容易在运输过程中破碎，便于进行推广和应用。

[0038] 2、本申请优选了填充纤维为改性腈纶纤维，腈纶纤维的腈基水解之后转化为羧基，能够在发泡颗粒中起到导水作用，有利于使吸水胶粉充分发挥补水作用。

具体实施方式

[0039] 以下结合实施例、制备例和对比例对本申请作进一步详细说明，本申请涉及的原料均可通过市售获得。

[0040] 吸水胶粉的制备例:以下以制备例1为例说明。

[0041] 制备例1:本制备例中，复合胶料包括如下组分：改性丁腈橡胶100kg，SAP树脂60kg，硬脂酸1.5kg，纳米氧化锌5kg，炭黑40kg，硫黄1.5kg，促进剂3kg，防老剂1.5kg。改性丁腈橡胶以N41丁腈橡胶为原料制成，SAP树脂为24h吸水率186g/g的聚丙烯酸钠。

[0042] 本制备例中使用的改性丁腈橡胶按照如下步骤制备：

[0043] （1）将丁腈橡胶按照1g:100mL的固液比加入丙酮中，超声振荡直到丁腈橡胶完全溶解，得到橡胶溶液；将氢氧化钠溶于甘油和水按照1:9的体积比配置成的混合液中，得到水解改性液；本步骤中，丙酮的体积相当于甘油和水的体积之和；

[0044] （2）将橡胶溶液和水解改性液混合，得到氢氧化钠浓度1mol/L的反应液，在30℃加热反应液12h，然后将反应液加入无水乙醇中（无水乙醇的体积与步骤（1）的丙酮体积相同，然后过滤取出沉淀物，对沉淀物进行水洗和干燥，得到改性丁腈橡胶。

[0045] 本制备例中，吸水胶粉按照如下方法制备：按照上述配比配制好复合胶料，然后在开炼机上混炼15min，打三角包5次后，让胶料不断沿同一方向通过双辊，并且逐渐调小辊距，如此反复8次后下片，并静置12h，得到混炼胶；使用平板硫化机在160℃、15MPa的条件下对混炼胶硫化10min，然后将得到的硫化胶粉碎并过筛，得到200目的吸水胶粉。

[0046] 如表1，制备例1‑5的不同之处在于，反应液中的氢氧化钠浓度不同。

[0047] 表1 氢氧化钠浓度

[0048]样本 制备例1 制备例2 制备例3 制备例4 制备例5
氢氧化钠浓度/（mol/L） 1 2 3 4 5

[0049] 如表2，制备例6‑9与制备例3的不同之处在于，反应液的加热温度不同。

[0050] 表2 反应液的加热温度

[0051]样本 制备例3 制备例6 制备例7 制备例8 制备例9
反应液的加热温度/℃ 30 35 40 45 50

[0052] 如表3，制备例9‑13的不同之处在于，反应液的加热时间不同。

[0053] 表3 反应液的加热时间

[0054] 样本 制备例9 制备例10 制备例11 制备例12 制备例13反应液的加热时间/h 12 18 24 30 36

[0055] 改性腈纶纤维的制备例:以下以制备例14为例说明。

[0056] 制备例14:本制备例中，改性腈纶纤维按照如下方法制备：

[0057] （1）将氢氧化钠溶解于甘油和水以1:1的体积比混合而成的混合溶剂中，得到氢氧化钠浓度为4mol/L的水解改性液，将1.5D×38mm的腈纶纤维以1g:40mL的固液比加入水解改性液中，在90℃加热3h；

[0058] （2）使用氯化氢的异丙醇溶液将水解改性液中和至pH呈中性，然后将腈纶纤维取出，并进行洗涤和干燥，得到改性腈纶纤维。

[0059] 实施例:实施例1‑5

[0060] 以下以实施例1为例进行说明。

[0061] 实施例1:本实施例中，预拌混合料包括如下组分：P.O42.5硅酸盐水泥20kg，制备例1的吸水胶粉24kg，稻壳灰2kg，填充纤维3kg，铝粉发泡剂0.1kg，空心玻璃微珠0.1kg，水15kg；填充纤维选用1.5D×38mm的腈纶纤维。

[0062] 本实施例中，适用于自然水体水处理的发泡颗粒按照以下步骤制备：

[0063] （1）按照制备例1的方法配制复合胶料，然后依次进行混炼、硫化和粉碎，得到吸水胶粉；将硅酸盐水泥、吸水胶粉、稻壳灰、填充纤维、铝粉发泡剂、空心玻璃微珠和水混合，得到预拌混合料；

[0064] （2）对预拌混合料进行造粒成型，然后将得到的颗粒风干至恒重，再经过筛分后得到水体处理发泡颗粒。

[0065] 如表4,实施例1‑5的不同之处主要在于预拌混合料的原料配比不同。

[0066] 表4 预拌混合料的原料配比

[0067] 样本 硅酸盐水泥/kg 吸水胶粉/kg 稻壳灰/kg 填充纤维/kg 铝粉发泡剂/kg 空心玻璃微珠/kg 水/kg实施例1 20 24 2 3 0.1 0.1 15实施例2 22.5 30 3.5 3.5 0.2 2.5 17.5
实施例3 25 36 5 4 0.3 5 20
实施例4 27.5 42 6.5 4.5 0.6 7.5 22.5
实施例5 30 48 8 5 0.8 10 25

[0068] 实施例6‑17:如表5，实施例6‑17与实施例5 的不同之处在于，制备吸水胶粉时参照的制备例不同。

[0069] 表5 吸水胶粉的制备例

[0070]样本 制备例 样本 制备例
实施例5 制备例1 实施例12 制备例8
实施例6 制备例2 实施例13 制备例9
实施例7 制备例3 实施例14 制备例10
实施例8 制备例4 实施例15 制备例11
实施例9 制备例5 实施例16 制备例12
实施例10 制备例6 实施例17 制备例13
实施例11 制备例7 / /

[0071] 实施例18:本实施例与实施例17的不同之处在于，填充纤维选用制备例14的改性腈纶纤维。

[0072] 对比例:

[0073] 对比例1:本对比例提供一种水体处理发泡颗粒，参照公开号为CN116510707A的中国专利的实施例1制备。

[0074] 对比例2:本对比例与实施例1的不同之处在于，将吸水胶粉替换为同等重量的橡胶粉，橡胶粉为制备例1的改性丁腈橡胶的粉体（200目）。

[0075] 对比例3:本对比例与实施例1的不同之处在于，在饱和吸水总量相等的前提下，将吸水胶粉替换为24h吸水率186g/g的聚丙烯酸钠。

[0076] 具体换算流程如下：实测吸水胶粉的24h吸水总量，然后根据测得的吸水总量计算需要的聚丙烯酸钠克数，将此克数作为聚丙烯酸钠在本对比例中的用量。

[0077] 对比例4:本对比例与实施例1的不同之处在于，从预拌混合料中去除填充纤维。

[0078] 对比例5:本对比例与实施例1的不同之处在于，从预拌混合料中去除稻壳灰。

[0079] 性能检测试验方法:参照《GB/T17431.2—2010 轻集料及其试验方法 第2部分:轻集料试验方法》记载的方法检测发泡颗粒的筒压强度，然后计算实施例1‑18、对比例1‑3测得的筒压强度与对比例1测得的筒压强度之比，将这一比值记为相对筒压强度，结果见表6。

[0080] 表6 相对筒压强度

[0081]样本 相对筒压强度/% 样本 相对筒压强度/%
实施例1 157.6 实施例13 183.1
实施例2 162.1 实施例14 186.2
实施例3 165.6 实施例15 189.8
实施例4 169.3 实施例16 192.4
实施例5 171.2 实施例17 195.7
实施例6 172.6 实施例18 202.4
实施例7 174.1 对比例1 100.0
实施例8 173.8 对比例2 102.4
实施例9 172.2 对比例3 107.5
实施例10 176.8 对比例4 145.2
实施例11 179.2 对比例5 129.8
实施例12 181.4 / /

[0082] 结合实施例1‑5和对比例1并结合表6可以看出，实施例1‑5测得的相对筒压强度大于对比例1，说明本申请的水体处理发泡颗粒在加工过程中因收缩而产生的开裂较少，因此具有较高的机械强度，也说明其不容易在运输过程中破碎，便于进行推广和应用。

[0083] 结合实施例1和对比例2并结合表6可以看出，实施例1测得的相对筒压强度大于对比例2，说明仅靠改性丁腈橡胶难以充分改善发泡颗粒的机械强度。

[0084] 结合实施例1和对比例3并结合表6可以看出，实施例1测得的相对筒压强度大于对比例3，说明仅靠SAP树脂同样难以充分改善发泡颗粒的机械强度。

[0085] 结合实施例1和对比例4并结合表6可以看出，实施例1测得的相对筒压强度大于对比例4，说明当预拌混合料中不含填充纤维时，发泡颗粒的抗裂性能较差，导致发泡颗粒的机械强度收到了影响。

[0086] 结合实施例1和对比例5并结合表6可以看出，实施例1测得的相对筒压强度大于对比例5，说明稻壳灰对改善发泡颗粒的机械强度具有关键作用。

[0087] 结合实施例5和实施例6‑9并结合表6可以看出，当制备吸水胶粉的反应液中的氢氧化钠浓度为3‑5mol/L时，得到的发泡颗粒的机械强度较高。

[0088] 结合实施例7、实施例10‑13并结合表6可以看出，当制备吸水胶粉的反应液在40‑50℃加热时，得到的发泡颗粒的机械强度较高。

[0089] 结合实施例13、实施例14‑17并结合表6可以看出, 当制备吸水胶粉的反应液加热时间为24‑36h时，得到的发泡颗粒的机械强度较高。

[0090] 结合实施例17、实施例18并结合表6可以看出，实施例18测得的相对筒压强度大于实施例17，说明腈纶纤维的腈基水解之后转化为羧基，能够在发泡颗粒中起到导水作用，有利于使吸水胶粉充分发挥补水作用，减少了发泡颗粒的开裂，改善了发泡颗粒的机械强度。

[0091] 本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。