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矿渣是一种无定型的硅铝酸盐前驱体材料，在碱性条件下经过解聚-缩聚反应后生成具有三维网络状结构的地质聚合物凝胶材料。地质聚合物由于其特殊的三维网络状结构，具有强度高、耐酸性、耐高温、绿色环保等优点，有望广泛应用于建筑材料、3D打印、吸附有毒重金属离子等领域。
本研究以矿渣为原料，水玻璃为碱激发剂，二甲基硅油为分散介质，通过悬浮分散固化法制备粒径30μm以下的矿渣基地质聚合物微球(SGMs)。论文利用扫描电子显微镜(SEM)、超高速智能粒度分析仪、X射线粉末衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱分析仪(FTIR)、能谱分析仪(EDS)、比表面积及孔径分析仪(BET)和球差校正环境透射电镜(STEM)等测试对SGMs进行表征，并研究了SGMs对重金属Pb(II)离子的吸附效果。主要研究内容如下：
(1)水玻璃激发矿渣制备地质聚合物微球(SGMs)。以矿渣和水玻璃为主要原料，利用悬浮分散固化法制备SGMs，通过调整连续相、二甲基硅油的温度及粘度、反应容器的高径比、养护温度和时间、矿渣粒径、分散机转速等单因素条件来控制微球的球形度和粒径分布。通过分析不同条件下制备的SGMs的微观结构和粒径分布得到了最佳工艺参数：当二甲基硅油作为连续相且温度为50℃、反应容器的高径比为2.5、地质聚合物浆料低温养护0.5h时，制备得到的粒径在30μm以下的SGMs球形度最佳；当二甲基硅油温度为50℃、矿渣粒径为0.2-10μm、分散机的转速为5000 r/min、二甲基硅油粘度为1000mm2/s时，制备得到的粒径在30μm以下的SGMs产率最高，达到了48.19%。
(2)在SGMs与Pb(II)离子溶液不同接触时间的实验中，SGMs在Pb(II)离子溶液中接触20h后对Pb(II)离子的吸附基本达到平衡，此时的吸附量为353.9mg/g，去除率88.03%。SGMs对Pb(II)离子的吸附符合准二级动力学模型，吸附过程以化学吸附为主。
(3)使用不同粒径的SGMs对Pb(II)离子的吸附实验中，发现微球对Pb(II)离子的吸附量与微球的比表面积、平均孔径以及孔径分布不存在线性关系，SGMs吸附Pb(II)离子后孔径分布变宽。
(4)使用SGMs对Pb(II)离子进行动态吸附实验，实验结果表明：不同柱高(床层高度)、不同流速、不同初始Pb(II)离子浓度以及不同粒径的SGMs都会影响Pb(II)离子的动态吸附穿透曲线。高床层、低流速、低初始Pb(II)浓度和小粒径的SGMs有利于延长突破时间和饱和时间。当固定床H=3cm，蠕动泵的流速μ=1mL/min，Pb(II)离子的初始浓度为200mg/L，SGMs的粒径范围为10-30μm时，突破时间为2803min，饱和时间为5623min，去除率为70.22%。
(5)对SGMs吸附Pb(II)离子前后进行对比测试。FTIR测试发现吸附前后SGMs的主要官能团没有发生改变；SEM测试发现，吸附Pb(II)离子前，SGMs呈现致密的凝胶状结构，且表面没有晶体，吸附Pb(II)后，SGMs表面生长出大约3-5μm的纳米棒状晶体结构；XRD、EDS、STEM测试可知，吸附后SGMs表面的棒状晶体为Pb3Si2O7和Pb5Si4O8(OH)10。
本研究以矿渣为原料，水玻璃为碱激发剂，二甲基硅油为分散介质，通过悬浮分散固化法制备粒径30μm以下的矿渣基地质聚合物微球(SGMs)。论文利用扫描电子显微镜(SEM)、超高速智能粒度分析仪、X射线粉末衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱分析仪(FTIR)、能谱分析仪(EDS)、比表面积及孔径分析仪(BET)和球差校正环境透射电镜(STEM)等测试对SGMs进行表征，并研究了SGMs对重金属Pb(II)离子的吸附效果。主要研究内容如下：
(1)水玻璃激发矿渣制备地质聚合物微球(SGMs)。以矿渣和水玻璃为主要原料，利用悬浮分散固化法制备SGMs，通过调整连续相、二甲基硅油的温度及粘度、反应容器的高径比、养护温度和时间、矿渣粒径、分散机转速等单因素条件来控制微球的球形度和粒径分布。通过分析不同条件下制备的SGMs的微观结构和粒径分布得到了最佳工艺参数：当二甲基硅油作为连续相且温度为50℃、反应容器的高径比为2.5、地质聚合物浆料低温养护0.5h时，制备得到的粒径在30μm以下的SGMs球形度最佳；当二甲基硅油温度为50℃、矿渣粒径为0.2-10μm、分散机的转速为5000 r/min、二甲基硅油粘度为1000mm2/s时，制备得到的粒径在30μm以下的SGMs产率最高，达到了48.19%。
(2)在SGMs与Pb(II)离子溶液不同接触时间的实验中，SGMs在Pb(II)离子溶液中接触20h后对Pb(II)离子的吸附基本达到平衡，此时的吸附量为353.9mg/g，去除率88.03%。SGMs对Pb(II)离子的吸附符合准二级动力学模型，吸附过程以化学吸附为主。
(3)使用不同粒径的SGMs对Pb(II)离子的吸附实验中，发现微球对Pb(II)离子的吸附量与微球的比表面积、平均孔径以及孔径分布不存在线性关系，SGMs吸附Pb(II)离子后孔径分布变宽。
(4)使用SGMs对Pb(II)离子进行动态吸附实验，实验结果表明：不同柱高(床层高度)、不同流速、不同初始Pb(II)离子浓度以及不同粒径的SGMs都会影响Pb(II)离子的动态吸附穿透曲线。高床层、低流速、低初始Pb(II)浓度和小粒径的SGMs有利于延长突破时间和饱和时间。当固定床H=3cm，蠕动泵的流速μ=1mL/min，Pb(II)离子的初始浓度为200mg/L，SGMs的粒径范围为10-30μm时，突破时间为2803min，饱和时间为5623min，去除率为70.22%。
(5)对SGMs吸附Pb(II)离子前后进行对比测试。FTIR测试发现吸附前后SGMs的主要官能团没有发生改变；SEM测试发现，吸附Pb(II)离子前，SGMs呈现致密的凝胶状结构，且表面没有晶体，吸附Pb(II)后，SGMs表面生长出大约3-5μm的纳米棒状晶体结构；XRD、EDS、STEM测试可知，吸附后SGMs表面的棒状晶体为Pb3Si2O7和Pb5Si4O8(OH)10。