本發(fā)明涉及一種泡沫地聚合物，具體說(shuō)是一種以co2氣體為填充氣體的泡沫地聚合物，屬于封存和固化co2為目的的衍生品，同時(shí)公開(kāi)了其制備方法。
背景技術(shù)：
全球變暖己被世界各國(guó)高度重視，其危害也已經(jīng)深深影響著人們生活，冰川融化、海平面上升、島被淹、動(dòng)植物滅絕、生態(tài)失衡，自然災(zāi)害頻繁、傳染性疾病蔓延等；而二氧化碳（co2）排放作為全球變暖的最主要人為因素已被世界各國(guó)認(rèn)可。因此，各國(guó)際機(jī)構(gòu)、氣候組織和各國(guó)政府都在尋找減少排放co2的最快、最有效的方法。各國(guó)雖然響應(yīng)積極、措施緊迫、進(jìn)展有序，但由于主要依靠提高能源效率、使用可再生能源等路徑減少碳排放，減排效果卻不盡人意。在以能源為發(fā)展驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)代社會(huì)，新能源研究、應(yīng)用受到使用范圍、技術(shù)資金等限制短時(shí)困難重重，化石燃料仍將繼續(xù)是主要的供給能源，能源結(jié)構(gòu)也無(wú)法在短期內(nèi)根本性改變，人類所面臨的碳排放壓力巨大。目前，我國(guó)正在大力推行節(jié)能減排、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、增加低碳燃料比例等許多重要措施，而二氧化碳的回收、捕集和綜合利用方面必然是未來(lái)主要的發(fā)展方向。目前，解決co2問(wèn)題的有效方法是對(duì)co2的封存和固化。
現(xiàn)有co2封存和固化技術(shù)：礦石碳化、工業(yè)利用和海洋封存。
礦石碳化是利用co2與金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)生成穩(wěn)定的碳酸鹽從而將co2永久性地固化起來(lái)。由于自然反應(yīng)過(guò)程比較緩慢,因此需要對(duì)礦物作增強(qiáng)性預(yù)處理,但這是非常耗能的，據(jù)推測(cè)采用這種方式封存co2的發(fā)電廠要多消耗60%～180%的能源。并且由于受到技術(shù)上可開(kāi)采的硅酸鹽儲(chǔ)量的限制,礦石碳化封存co2的潛力可能并不樂(lè)觀。
工業(yè)利用實(shí)質(zhì)上是將co2作為反應(yīng)物生產(chǎn)含碳的工業(yè)產(chǎn)品,從而達(dá)到封存的目的，大多數(shù)是用于生產(chǎn)尿素。工業(yè)利用從技術(shù)上看并不是一種理想的封存方案,因?yàn)樵诓煌墓I(yè)流程中,co2的封存時(shí)間只有幾天,最多幾個(gè)月,然后會(huì)被再次降解為co2,并排入大氣中。
海底沉積層二氧化碳水合物封存是諸多技術(shù)中一種潛力巨大的二氧化碳封存技術(shù)，但同時(shí)也會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成較大影響，如海水表面二氧化碳濃度增大，改變了海洋的化學(xué)特征，表層海水酸化等。此外，封存在海水中的二氧化碳遇到溫度壓力波動(dòng)或洋流變化很有可能從海水中逃逸出來(lái)釋放到大氣當(dāng)中，反而會(huì)造成與二氧化碳封存背道而馳的結(jié)果。
地聚合物材料是近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的一類新型無(wú)機(jī)非金屬材料，這類材料多以天然鋁硅酸鹽礦物或工業(yè)固體廢物為主要原料，與其他礦物摻合料和適量堿硅酸鹽溶液充分混合后，在常溫或蒸養(yǎng)條件下養(yǎng)護(hù)成型硬化，是一類由鋁硅酸鹽膠凝成分粘結(jié)的膠凝材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種以co2氣體為填充氣體的泡沫地聚合物，同時(shí)給出了其制備方法。
本發(fā)明產(chǎn)品是一種封存和固化co2過(guò)程中的衍生品。其基本思路是：如果將co2氣體作為發(fā)泡填充氣體來(lái)制作泡沫地聚合物充填材料，不僅可以利用碳化反應(yīng)吸收二氧化碳，大幅提高泡沫地聚合物強(qiáng)度，而且泡沫地聚合物的孔結(jié)構(gòu)為密閉的球體，可以將co2氣體有效地封存起來(lái)。即使隨時(shí)間的延長(zhǎng)未被及時(shí)碳化吸收的co2氣體能夠從泡沫地聚合物中緩慢溢出，但溢出co2氣體也會(huì)被地殼中堿性物質(zhì)完全吸收，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)co2氣體的短暫封存和永久固化，從而達(dá)到co2的利用、封存和礦化的有效統(tǒng)一。
本發(fā)明以工業(yè)固體廢渣為原料，以水玻璃為激發(fā)劑，研發(fā)出了以co2氣體為填充氣體的泡沫地聚合物，既具有較高的材料強(qiáng)度，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了對(duì)co2氣體的短暫封存和永久固化的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種以co2氣體為填充氣體的泡沫地聚合物，包含固體粉料，所述固體粉料為礦渣微粉和固體廢渣微粉；其特征是：以水玻璃為激發(fā)劑，以co2氣體為泡沫填充氣體；其中固體粉料的質(zhì)量百分比組成：礦渣微粉20-100％，固體廢渣微粉0-80％；液固比為0.3-0.6，水玻璃用量(以na2o計(jì))占固體粉料質(zhì)量的3-5%，發(fā)泡劑用量占固體粉料質(zhì)量的0.1-2%。
所述的礦渣微粉為符合gb/t18046-2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的?；郀t礦渣微粉，是?；郀t礦渣經(jīng)磁選除鐵處理后，通過(guò)粉磨使其比表面積≥600m2/kg，其中粒徑小于30μm的超細(xì)?；郀t礦渣微粉占總質(zhì)量的90%以上；所述的固體廢渣為一般的固體廢棄物，如各種尾礦、建筑垃圾、渣土、煤矸石、粉煤灰、鋼渣、爐渣、赤泥、電石泥、脫硫灰、垃圾焚燒爐渣、采石場(chǎng)碎屑等，固體廢渣微粉為固體廢渣經(jīng)粉磨后，使其比表面積≥600m2/kg，粒徑小于30μm的顆粒占總質(zhì)量的90%以上；所述的水玻璃為符合gb/t4209-2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的液體水玻璃,其模數(shù)為1至3,固含量為35%-50%。
本發(fā)明以co2氣體為填充氣體的泡沫地聚合物制備方法包括：復(fù)合粉體材料制備、泡沫制備、地聚合物漿體制備和發(fā)泡成型，具體方法過(guò)程如下：
（1）復(fù)合粉體材料制備：將礦渣微粉和固體廢渣粉料按比例稱量配料，并混合均勻，即制得復(fù)合粉體材料。
（2）泡沫制備：水與發(fā)泡劑的質(zhì)量以20-50:1的比例制備發(fā)泡液，然后將co2氣體通入發(fā)泡機(jī)制備泡沫，得到封存有co2氣體的泡沫。
（3）地聚合物漿體制備：將復(fù)合粉體材料與激發(fā)劑溶液攪拌均勻，即制得地聚合物漿體。
（4）發(fā)泡成型：將封存有co2氣體的泡沫與地聚合物漿體混合攪拌均勻，即得到以co2氣體為填充氣體的泡沫地聚合物（混凝土）。
所述泡沫地聚合物礦井充填封存和固化co2的方法具有以下有益效果：
（1）成本低
泡沫地聚合物，以工業(yè)固體廢渣為原料，以水玻璃溶液為激發(fā)劑，成本十分低廉。如果不計(jì)廢渣成本，采用水玻璃溶液為激發(fā)劑，單方成本根據(jù)原材料的不同約20-50元。
（2）強(qiáng)度高，施工性能好
泡沫地聚合物的3天抗壓強(qiáng)度0.5-2mpa，28天抗壓強(qiáng)度1-5mpa.二氧化碳發(fā)泡的泡沫地聚合物由于碳化作用，其強(qiáng)度進(jìn)一步提高?？晒艿垒斔?、泵送澆筑，施工過(guò)程便捷。
（3）co2氣體的封存量大、固化率高
泡沫地聚合物孔隙率高達(dá)70%以上，泡沫中充滿高濃度的co2氣體，封存量很大。被封存的co2氣體一部分被地聚合物碳化吸收，即使有緩慢溢出的co2氣體也將被地殼中堿性物質(zhì)全部吸收，固化率高達(dá)100%。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
實(shí)施例1
以co2氣體為填充氣體的泡沫地聚合物，固體粉料為徐州誠(chéng)意水泥廠生產(chǎn)的礦渣微粉和徐州茅村火力發(fā)電廠二級(jí)粉煤灰。固體粉料的質(zhì)量百分比組成：礦渣微粉50％，粉煤灰微粉50％。液固比為0.5，水玻璃用量（以na2o計(jì)）占固體粉料重量的4%，發(fā)泡劑用量占固體粉料重量的1%。
制備方法如下：
（1）復(fù)合粉體材料制備：將礦渣微粉和固體廢渣粉料按比例稱量配料，并混合均勻，即制得復(fù)合粉體材料。
（2）泡沫制備：水與發(fā)泡劑的質(zhì)量以30:1的比例制備發(fā)泡液，然后將co2氣體通入發(fā)泡機(jī)制備泡沫。
（3）地聚合物漿體制備：將復(fù)合粉體材料與激發(fā)劑溶液攪拌均勻，即制得地聚合物漿體。
（4）發(fā)泡成型：將封存有co2氣體的泡沫與地聚合物漿體混合攪拌均勻，即得到以co2氣體為填充氣體的泡沫地聚合物（混凝土）。
實(shí)施例2
與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：固體粉料的質(zhì)量百分比組成：礦渣微粉100％。液固比為0.6，水玻璃用量（以na2o計(jì)）占固體粉料重量的5%，發(fā)泡劑用量占固體粉料重量的2%。泡沫制備中，水與發(fā)泡劑的質(zhì)量比為50:1。
實(shí)施例3
與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：固體粉料的質(zhì)量百分比組成：礦渣微粉20％，固體廢渣微粉80％。液固比為0.3，水玻璃用量（以na2o計(jì)）占固體粉料重量的3%，發(fā)泡劑用量占固體粉料重量的0.1%。泡沫制備中，水與發(fā)泡劑的質(zhì)量比為20:1。