活性污泥蛋白质混凝土发泡剂的泡沫稳定性研究.pdf

杆 建巍粉 全 国 中 文 核 心 期 刊 李军伟 ( 天津城市建设学 院 材料科学与工程系， 天津3 0 0 3 8 4 ) 摘要： 研究了活性污泥蛋白质的发泡性能， 探讨了三乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠 2 种改性剂对发泡剂发泡性和泡沫稳定性的 改善效果 ， 并将其应用于制备泡沫 混凝 土砌块 。研究 结果表 明， 活性 污泥蛋 白质浓度 为 2 ， 搅拌转速 1 0 0 0 r mi n ， 搅拌 时间 l 5 m i n 时 ， 发泡剂 的发泡性 能和泡沫稳定性较好； 三乙醇胺 、 十 二烷基苯磺酸钠对发泡剂的发泡性能和泡沫稳定性有改善作用 ， 三 乙醇胺 的 最佳掺量 为 2 ， 十二烷基苯磺酸钠 的最佳掺量为 0 7 。 关键词 ： 活性污泥蛋白质： 发泡剂； 泡沫混凝土： 三乙醇胺； 稳定性： 十二烷基苯磺酸钠 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 2 4 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 1 2 0 0 6 3 04 St udy o n f o am s t a bi l i t y o f a c t i v e s l u dge pr ot e i n f o ami ng a g e nt fo r c onc r e t e L I_， “ n w e ( D e p a r t m e n t o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， T i a n j i n I n s t i t u t e o f U r b a n C o n s t r u c t i o n ， T i a n j i n 3 0 0 3 8 4 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： T h e f o a mi n g p e rfo r ma n c e o f a c t i v e s l u d g e p r o t e i n wa s s t u d i e d， e f f e c t s o f t r i e t h a n o l a mi n e a n d a l k y l b e n z e n e s ulf o n a t o n i mp r o v i n g f o a mi n g pe rfo r ma n c e a n d f o a m s t a b i l i t y o f a c t i v e s l u d g e p r o t e i n f o a mi n g a g e n t we r e d i s c u s s e d a n d f o a me d c o n c r e t e b l o c k s we r e p r e p a r e d Th e r e s ul t s s h o w t h a t ： t he f o am i n g p e r f o rm a n c e a n d foa m s t a bi l i t y i s g o o d wh e n t h e c o n c e n t r a t i o n o f a c t i v a t e d s l u d g e p rot e i n i s 2 ， s t i r r i n g s p e e d i s 1 0 0 0 r mi n a n d s t i r r i n g t i me i s 1 5 rai n Trie t h a n o l a mi n e a n d a i k y l b e n z e n e s u l fon a t c a n i mp r o v e f o am i n g p e rfo r ma n c e a n d foam s t a bi l i t y o p t i ma l a mo u n t o f t r i e t h a no l a mi n e i s 2 a n d o p t i ma l a mo u n t o f a l k y l b e n z e n e s u l fon a t i S 0 7 Ke y wo r ds ： a c t i v e s l u d g e p r o t e i n ： f o am i n g a g e n t ； f o a me d c o n c r e t e ： t r i e t h a n o l a mi n e； s t a b i l i t y ： a l k y l b e n z e n e s u l f o n a t 0 引言 泡沫混凝土的应用越来越广泛，其性能受到很多因素的 影响， 其中， 发泡剂的性能好坏尤其是泡沫稳定性的优劣对泡 沫混凝土的性能有着很大的关系。目前发泡剂已经从早期的 以表面活性剂类化学物质为主要起泡源的种类转变为以蛋白 质为主要起泡源 4 I ， 蛋白质类发泡剂主要包括植物蛋白质类 和动物蛋白 质类，但植物蛋白 质类发泡剂由于原材料的质量 不稳定， 造成最终产品的发泡性能不稳定， 而且制备的泡沫混 基金项 目： 天津市教委滨海新区双百科技特 派员科技专项 ( S B2 0 08 0o 8 1 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 6 0 7 作者简介： 李军伟 ， 男 ， 1 9 7 8年生 ， 河北赵县人 ， 讲师 ， 研究方 向： 功能 复合材料 。地址 ： 天津市西青区滓静路 2 6号， E ma i l ： l i j u n w e i 2 0 0 1 7 8 y a h o o e n。 凝土泡沫空隙之间连通， 吸水率大， 适用范围受限， 未得到大 面积推广； 动物蛋白质类发泡剂是以动物角质蛋白为原材料， 通过一系列化学反应制得， 原材料资源有限， 且会造成二次污 染。活性污泥蛋白质发泡剂是近年来新研制的蛋白质类发泡 剂品种， 它是用化学方法处理污水处理厂剩余污泥而得到的， 污水处理厂剩余污泥主要由微生物、 原生动物、 藻类等构成， 含有大量的蛋白质，提取的活性污泥蛋白质具有优良的发泡 性， 可以用于制备泡沫混凝土发泡剂， 这是对废物资源的再利 用， 可以有效减轻活性污泥的二次污染， 有利环保。 本文研究活性污泥蛋白质的发泡性能，同时采用多种表 面活性剂与其进行复配， 研究复配发泡剂的泡沫稳定性， 并将 其应用于制备泡沫混凝土砌块。 l 实验 1 1 主要 原料 活性污泥蛋白质发泡剂： 浓度 1 7 ， 天津裕川置业集团 N E W B UI L DI NG M AT ER I AL S 6 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李军伟 ： 活性污泥蛋白质 混凝土发泡剂的泡沫稳定性研究 有限公司； 三乙醇胺、 阿拉伯树胶、 十二烷基苯磺酸钠， 分析 纯， 天津市江天统一科技有限公司； 水泥： 4 2 5 级普通硅酸盐 水泥， 唐山冀东水泥有限公司； 粉煤灰： 级粉煤灰， 天津北疆 电厂； 石灰、 石膏： 工业级， 市售。 1 2 发泡剂性能测试 采用发泡倍数、沉陷距和泌水量3 个指标来表征发泡剂 的发泡性能和泡沫稳定性。 发泡倍数： 泡沫体积大于发泡剂水溶液体积的倍数。 发泡 倍数的测试方法是将制成的泡沫注满容积为2 5 0 m l 、直径为 6 0 m m的无底玻璃桶内， 两端刮平， 称其质量。计算发泡倍 数。 沉陷距： 泡沫在 1 h内沉陷的距离。取内径为6 c m， 高为 9 e m的透明圆柱形容器， 盛满刚制好的泡沫， 刮平表面， 在 泡沫上复纸一张， 平静地放在无风处， 1 h 后量取泡沫沉陷距 离。 泌水量： 1 h内泡沫破坏所产生发泡剂水溶液的体积。 2 结果与讨论 2 1 影响发泡剂性能的因素 2 1 1 发泡液浓度对发泡剂性能的影响 把活性污泥蛋白发泡剂配制成浓度分别为 1 0 、 1 5 、 2 0 、 3 0 、 4 0 的发泡液， 泡沫性能见表 1 。 表 1 不同浓度发泡液 的性能 分析表1 数据可以看出， 随着发泡液浓度的增加， 其发泡 倍数线性上升， 沉陷距和泌水量都是先减小后增大， 在发泡液 浓度为2 0 时， 沉陷距达到最小， 为 1 8 m m ， 泌水量最小为 7 0 m l ， 此时的发泡倍数为2 4 7 倍， 满足泡沫混凝土用发泡剂 的要求。当发泡液浓度低于2 O 时， 发泡倍数降低， 浓度为 1 O 时， 发泡倍数只有 1 5 6 倍， 且沉陷距和泌水量都很大， 说 明泡沫的稳定性很差， 不适合应用于泡沫混凝土制备。 发泡液 浓度大于2 0 时， 随着浓度的逐步增高， 发泡倍数也随之增 大， 但同时沉陷距和泌水量也增加， 泡沫稳定性下降。总的来 看， 发泡液的浓度为2 0 时， 泡沫的综合性能较好。 2 1 2 制泡工艺对发泡剂性能的影响 采用高速搅拌方法发泡，高速搅拌机的转速和搅拌时间 对发泡剂性能的影响见表2 。 6 4 新型建筑材料 2 0 1 0 1 2 表 2 搅拌机转速和搅拌时 间对发泡剂性能 的影响 由表2 可见， 随着搅拌速度的提高， 发泡倍数降低， 沉陷 距和泌水量增大， 说明泡沫的稳定性下降。 一般泡沫在形成过 程中一直伴随着泡沫的破灭，泡沫体系发泡倍数和稳定程度 取决于泡沫生成和破灭的速度差。 搅拌机转速越高， 则叶轮与 泡沫接触几率增加， 叶轮的边缘对泡沫的破坏程度加大， 致使 大量泡沫在外力作用下发生破灭， 所以发泡倍数降低。 搅拌转 速为1 0 0 0 r m i n 左右时泡沫的性能较好。 搅拌时间也直接影响泡沫性能， 延长搅拌时间， 则发泡剂 的发泡倍数增大， 沉陷距增加， 泌水量先减小后又有增加。搅 拌时间小于 1 5 m i n ， 发泡倍数过低， 这是因为时间短， 搅拌不 充分， 引入的空气量少， 致使发泡倍数过低； 搅拌时间超过 l 5 m i n 后， 泡沫的析水破裂增多， 泡沫孔径变大， 发泡倍数增加， 但同时沉陷距和泌水量急剧增加， 泡沫的稳定性下降。所以， 搅拌时间宜控制在 1 5 m i n 左右为宜。 2 1 3 改性剂对发泡剂性能的影响 单纯的活性污泥蛋白 质作为发泡剂时泡沫脆性大，不稳 定， 加入改性剂可以提高泡沫稳定性。 本实验通过添加改性剂 三乙醇胺、 十二烷基苯磺酸钠来改善发泡剂的泡沫稳定性。 ( 1 ) 三乙醇胺掺量对发泡剂性能的影响 在2 浓度的发泡液中添加0 3 一 3 的三乙醇胺，三乙 醇胺掺量对发泡液的发泡倍数、沉陷距和泌水量的影响分别 见图 1 一 图3 。 由图1 可以看出， 随着三乙醇胺掺量的增加， 发泡液的发 泡倍数总体呈下降趋势， 掺量在0 3 0 5 时， 发泡倍数下降 图 1 三乙醇胺掺量对发泡液发泡倍数的影响 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李军伟： 活性污泥蛋 白质混凝土发泡剂的泡沫稳定性研究 图 2 -7 , 醇胺掺 量对 发泡液沉 陷距的影响 图 5 十二烷基苯磺 酸钠掺量对发泡液沉陷距 的影响 图 3 三 乙醇胺掺 量对发泡液泌水量的影响 速度很快， 由2 4倍迅速下降到 2 0 倍； 掺量在0 5 一 2 0 时， 发泡倍数基本保持在2 O 倍左右，掺量超过2 0 会使发泡倍 数进一步下降， 发泡倍数低于2 0 倍不具有使用价值。 分析图2 和图3 可以得出，沉陷距和泌水量都有一个先 增加后降低再增加的过程。三乙醇胺掺量低于0 5 时， 随着 掺量的增加， 沉陷距和泌水量都明显增加， 掺量为0 5 时， 沉 陷距和泌水量同时达到最大， 分别为8 0 m m和 1 0 m l ， 泡沫极 不稳定； 随着三乙醇胺掺量的进一步增加， 泡沫的沉陷距和泌 水量逐步减小， 当掺量达到2 0 时， 沉陷距和泌水量同时达 到最小值， 分别为 1 3 m m和8 m l ， 进一步增加三乙醇胺的掺 量， 泡沫的沉陷距和泌水量同时增加， 不利于泡沫的稳定。 ( 2 ) 十二烷基苯磺酸钠对发泡剂性能的影响 在2 浓度的发泡液中添加0 3 1 2 的十二烷基苯磺 酸钠， 十二烷基苯磺酸钠掺量对发泡液发泡倍数、 沉陷距和泌 水量的影响分别见图4 图6 。 图 6 十二烷基 苯磺酸钠掺量对发泡液泌水 量的影响 由图4 可知， 发泡倍数随着十二烷基苯磺酸钠掺量的增加 而大幅度增大，当掺量为0 7 时，发泡倍数达到最大为2 8 5 倍， 继续增加十二烷基苯磺酸钠掺量， 发泡倍数则有小幅降低。 图5 看出沉陷距随着十二烷基苯磺酸钠掺量的增加先大 幅降低后小幅增大， 在掺量为0 5 时， 沉陷距最小， 可达3 m m 。 图6 显示在十二烷基苯磺酸钠掺量为0 7 时泌水量最 小。综合来看，当十二烷基苯磺酸钠的掺量从0 3 增加到 0 7 的过程中，发泡液的发泡倍数和泡沫稳定性部不断提 高， 掺量为0 7 时， 发泡性能和泡沫稳定性能都较好， 继续增 加掺量， 则对发泡性能和泡沫稳定性能无益。 ( 3 ) 十二烷基苯磺酸盐和三乙醇胺复配使用对发泡剂性 能的影响 在2 浓度的发泡液中，固定十二烷基苯磺酸钠的掺量 为0 7 ， 改变三乙醇胺的掺量， 其对发泡液发泡倍数、 沉陷距 和泌水量的影响分别见图7 图 9 。 图 4 十二烷基苯磺酸钠掺量对发泡液发泡倍数的影响 图 7 复配 改性剂对发泡液发泡倍数 的影响 N E W BUI L DI NG MAT E RI AL 5 65 蚰 加 0 I 厂 目 逛蟪 8 7 6 5 4 3 2 1 0 _【 埘*嚣 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李军伟： 活性污泥蛋白质混凝土发泡剂的泡沫稳定性研究 1 6 1 4 1 2 要1 0 要s 蟋6 4 2 0 图 8 复配改。陛剂对发泡液沉陷距的影响 图9 复配改性剂对发泡液泌水量的影响 由图7 可知，固定十二烷基苯磺酸钠的掺量为0 7 时， 随着三乙醇胺掺量的增加，发泡剂的发泡倍数开始呈现快速 上升的趋势， 当掺量达到0 7 时， 发泡倍数达到3 0 倍； 继续 增加三乙醇胺的掺量，发泡倍数增加幅度不大，基本保持在 3 0 倍左右。 由图8 可知， 三乙醇胺的加入会增大泡沫的沉陷距， 掺量 低于0 7 时， 沉陷距与单掺0 7 十二烷基苯磺酸钠相同， 三 乙醇胺掺量继续增大则使沉陷距快速提高，反而降低了泡沫 的稳定性。 图9 显示，随着三乙醇胺掺量的增加，泌水量呈下降趋 势。 综合来看， 三乙醇胺和十二烷基苯磺酸钠的复配并不比 单 掺十二烷基苯磺酸钠对提高泡沫稳定性有更突出的贡献。 2 2 改性发泡剂应用于制备泡沫混凝土砌块 将活性污泥蛋白质作为发泡剂制备泡沫混凝土砌块， 采 用2 浓度的活性污泥蛋白质和0 7 的十二烷基苯磺酸钠复 配发泡液制备泡沫， 泡沫混凝土的配方见表 3 。 表 3 泡沫混凝土砌块的配方 g 编号 水泥 粉煤灰 石灰 石 膏 减水剂 泡沫最 1 6 O 3 6 3 l l 8 2 6 0 3 6 3 1 1 9 3 6 O 3 6 3 1 l 1 1 注： 水料 比为 0 3 3 。 按表3 的配方可制得3 种不同密度的泡沫混凝土砌块， 砌块孔径细小均匀， 砌块的性能见表4 。 6 6 新型建筑材料 2 0 1 0 1 2 表 4 泡沫混凝土砌块的性能 由表4 可见，随着泡沫量的增加，砌块的干密度逐步减 小； 砌块的抗折强度和抗压强度能满足J C ， r 1 0 6 2 -2 0 0 7 泡 沫混凝土砌块 标准规定要求。 3 结语 ( 1 ) 活性污泥蛋白质具有优良的发泡性能， 可以作为泡沫 混凝土发泡剂使用。当活性污泥蛋白 质浓度为2 ， 搅拌转速 1 0 0 0 r m i n ， 搅拌时间1 5 m i n时， 发泡剂的发泡性能和泡沫稳 定性较好。 ( 2 ) 单纯的活性污泥蛋白质作为发泡剂时泡沫脆性大， 不 稳定。 可适当加入改性剂， 对泡沫稳定性有一定程度改善。 三 乙醇胺、 十二烷基苯磺酸钠是良好的改性剂， 三乙醇胺的最佳 掺量为2 ， 十二烷基苯磺酸钠的最佳掺量为0 7 。 十二烷基 苯磺酸钠的单掺对提高泡沫稳定性的效果优于两者复配的效 果。 ( 3 ) 采用活性污泥蛋白质作为发泡剂可以制备不同密度 的泡沫混凝土砌块，砌块性能能满足J C T 1 0 6 2 -2 0 0 7 标准 要求。 参考文献 ： f 1 尹冰 ， 刘才林 ， 霍冀 川， 等 动物蛋 白类混凝 土发泡剂 的制备与发 泡性能测试 J I _ 新型建筑材料 ， 2 0 0 7 ( 7 ) ： 8 - 1 1 2 高波 ， 王群力 ， 周孝德 混凝土发泡剂及泡沫稳定 性的研 究fJ 】 粉 煤灰综合利用 ， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 1 3 - 1 6 3 王翠花 ， 潘志华 蛋白质类发泡剂 的合成及其泡沫稳定性叫 南京 工业大学学报 ， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 4 ) ： 9 2 9 6 【 4 寿崇琦 ， 康杰分 ， 宋南京 ， 等 一种动物 蛋白水泥 发泡剂 的研制及 其复合应用l J 】 化学建材 ， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 2 ) ： 3 5 3 7 A 专 专 串 专 串 专 I - 夺 夺 夺 - 夺 夺 夺 夺 孛 夺 广西交通投资集团 2 0万条废轮胎铺高速公路 我 国第一 一 条全程大规模采用 橡胶沥青路 面施工工 艺的 降林至百色高速公路， 目前已进行橡胶沥青路面施工工艺的 灾质性应媚阶段 。 降林 百色 高速公路主线路 面施工全程 大规模采用橡 胶沥青摊铺， 这在全国的高速公路建设中尚属首例。由于橡 胶沥青的重要原料橡胶粉料全部 由废轮胎加工而成 ，因此 ， 隆林至百色 高速公路将消耗 2 0多万条 废弃大货车轮 胎， 将 有效耗解废轮胎的环境污 染问题 。 ( 沈镇平) 8 7 6 5 4 3 2 1 O _【 删簧尊 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m