煤氣化細(xì)渣制備介孔材料及凈水劑研究

1、煤氣化細(xì)渣制備介孔材料及凈水劑研究由于中國(guó)“多煤、貧油、少氣”的能源結(jié)構(gòu),近年來(lái),煤化工工業(yè)得到了十分迅速的發(fā)展,從而使煤氣化渣成為了一種排放量巨大的新型固體廢棄物。為了減少煤氣化渣對(duì)土地資源的占用、對(duì)環(huán)境的危害,煤氣化渣的綜合利用研究刻不容緩。另一方面,介孔材料因其巨大的比表面積,有序的孔結(jié)構(gòu)以及豐富可控的表面基團(tuán),在吸附、催化、電化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用。然而目前絕大多數(shù)制備介孔材料的方法為模板法,其昂貴的生產(chǎn)成本極大地限制了介孔材料的工業(yè)化生產(chǎn),以及在普通領(lǐng)域（如凈化工業(yè)廢水）中的應(yīng)用。本論文基于煤氣化細(xì)渣的天然屬性,研究了一種低成本制備介孔材料的方法酸浸法。煤氣化細(xì)渣主要由

2、兩部分物質(zhì)構(gòu)成,即煤氣化后的殘余碳和玻璃態(tài)的硅鋁質(zhì)微珠。硅鋁質(zhì)微珠的成分以SiO₂為主體，各種金屬氧化物，如Al₂O₃、Fe₂O<sub>3</subxCaO摻雜其中。研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)鹽酸浸出玻璃態(tài)微珠中的金屬氧化物后,可以在原位置留下介孔結(jié)構(gòu),在600下燒掉碳組分就可以形成一種介孔二氧化硅微珠（稱為MG）S。此外,在煤氣化過(guò)程中,煤氣化細(xì)渣中的殘余碳在高溫下,被水蒸氣,CO<sub>

3、2</sub今氣體活化成多孔碳，其孔徑也分布于介孔范圍。因此，對(duì)于某些煤氣化細(xì)渣,僅通過(guò)鹽酸浸出其玻璃微珠中的金屬氧化物,就可以形成一種碳硅復(fù)合介孔材料（稱為CSM）,制備成本非常低,具有極高的應(yīng)用價(jià)值。本論文充分討論了各種制備工藝條件對(duì)MG羽CSML結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明,所制備介孔材料的孔結(jié)構(gòu)主要受兩個(gè)因素影響:鹽酸濃度和煤氣化細(xì)渣的粒度。最佳的鹽酸濃度是16wt%,同時(shí)介孔材料的比表面積和孔容隨著煤氣化細(xì)渣粒度的減小而增大。在最佳的反應(yīng)條件下,可以制備出比表面積為364m²/g、孔容為0.34cm<sup>3</sup&

4、gt;/g的介孔二氧化硅微珠MGS1,以及比表面積為500m²/g,孔容為0.54cm³/g的碳硅復(fù)合介孔材料CSM1并且兩種介孔材料的孔徑均主要分布于2⁶nm之間。另外,通過(guò)TEMK以十分清楚地看到二氧化硅微球和碳中的孔結(jié)構(gòu)，XRD分析表明兩種介孔材料的主要物相為非晶態(tài)。在酸反應(yīng)的過(guò)程中，H⁺會(huì)與二氧化硅表面的“Si-O”缺陷結(jié)合成硅羥基（Si-OH）,對(duì)介孔材料的吸附性能產(chǎn)生重要影響。本論文通過(guò)紅外光譜和酸堿

5、滴定法表征MGS俵面硅羥基的種類(lèi)和數(shù)量。結(jié)果表明，MGS1表面硅羥基的類(lèi)型主要是孤立羥基和孚位羥基，硅羥基的數(shù)量為1.21個(gè)/nm²。論文實(shí)驗(yàn)中制備的介孔材料可以實(shí)際應(yīng)用于多種不同領(lǐng)域,如凈化工業(yè)廢水、吸附有害氣體以及作為聚合物的無(wú)機(jī)填料等等。本研究主要通過(guò)探索MGS相CSM對(duì)亞甲基藍(lán)染料（MB的吸附作用，來(lái)驗(yàn)證所制備介孔材料的吸附能力。結(jié)果表明,兩種介孔材料對(duì)亞甲基藍(lán)吸附過(guò)程均符合偽二階動(dòng)力學(xué)模型,吸附平衡均符合Langmuir等溫方程,即亞甲基藍(lán)吸附在這兩種介孔材料的表面屬于化學(xué)吸附，并最終單層覆蓋在其表面上。亞甲基藍(lán)吸附在MGS俵面的吸附機(jī)制

6、為靜電機(jī)制和氫鍵機(jī)制。另外,Langmuir等溫方程表明，MGS網(wǎng)亞甲基藍(lán)染料白最大吸附量為140.57mg/g,CSM1對(duì)亞甲基藍(lán)染料的最大吸附量為182.48mg/g。這一數(shù)值超過(guò)了絕大多數(shù)亞甲基藍(lán)吸附劑,甚至可以達(dá)到一些通過(guò)模板法所制備的介孔材料的吸附量,然而它的制備成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于模板法,證明了其在吸附領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。酸浸反應(yīng)后的濾液中含有大量的金屬離子,如果在實(shí)際生產(chǎn)中直接排放會(huì)造成嚴(yán)重的水體污染,不符合固體廢棄物回收利用的宗旨。對(duì)于富含F(xiàn)e³⁺和Al³⁺的溶液,隨著體系pH值的升高，F(xiàn)e(O

7、H₃和Al(OH₃分子不斷聚合，分子量不斷增大，形成Fe(OH₃和Al(OH₃共聚物，即Fe(OH₃和Al(OH₃膠體，具有很強(qiáng)的吸附作用。研究表明，往濾液中加入少量聚乙烯酰胺作為聚合劑，利用NaOHS節(jié)溶液體系pH值在2.5附近，可以使濾液中的Fe⁺和Al⁺聚合成Fe(OH₃和Al(OH₃膠體，從而形成聚合鐵鋁凈水劑。實(shí)驗(yàn)表明所制備的凈水劑對(duì)高嶺土懸濁液具有很好的凈化效果,去濁率可達(dá)97%?？傊?本論文研究了一種制備介孔材料的新工藝新方法,極大地降低了介孔材料的制備成本,解決了介孔材料難以大規(guī)