粉煤灰制備沸石的研究進(jìn)展

粉煤灰制備沸石的研究進(jìn)展

粉煤灰是煤炭行業(yè)排放的固體殘?jiān)Ｒ欢?xì)度的碳粉在蒸汽爐（11001500）中燃燒（1500），然后從分離器收集粉末。粉煤灰利用率較低,大部分以填埋、堆存的方式處理。加以利用的粉煤灰主要用于建筑行業(yè)(粉煤灰水泥、粉煤灰磚、粉煤灰硅酸鹽砌塊、粉煤灰加氣混凝土)、土壤改良和化工原料等。粉煤灰的主要化學(xué)成分是SiO11.1堿減量法熱法一步水熱合成法是粉煤灰合成沸石的經(jīng)典方法之一。其操作要點(diǎn)為:將一定量的粉煤灰加入到一定濃度的堿溶液(一般為NaOH溶液)中,經(jīng)攪拌均勻形成凝膠后,移入反應(yīng)器(水熱晶化釜、高壓釜、敞口容器),在一定溫度下老化、晶化一定時(shí)間,經(jīng)洗滌干燥后即得沸石產(chǎn)品。該法可將粉煤灰中的大部分硅、鋁物種轉(zhuǎn)化為沸石。采用同種粉煤灰時(shí),堿溶液濃度、液固比、老化及晶化溫度、反應(yīng)時(shí)間等是影響沸石純度、沸石晶型的主要因素。N.Murayama等一步水熱合成法具有操作簡單,生產(chǎn)成本較低的優(yōu)點(diǎn)。但通過該法合成的沸石雜質(zhì)較多,水處理和土壤改良是這類沸石的主要應(yīng)用領(lǐng)域。1.2濾渣、濾渣的制備兩步水熱合成工藝如下:首先將粉煤灰與一定濃度的NaOH溶液按一定比例混合,讓粉煤灰中的玻璃相充分溶解,在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間后,將反應(yīng)混合物過濾得到濾液1和濾渣1。向?yàn)V液1中添加鋁酸鹽使溶液中的硅鋁比達(dá)到所需要的值,將調(diào)整好硅鋁比的混合液在一定溫度下反應(yīng)一定時(shí)間,經(jīng)過濾得濾液2和濾渣2,將濾渣2進(jìn)行洗滌、干燥即可得到高純度沸石。再將濾液2和濾渣1混合,在一定溫度下反應(yīng)一定時(shí)間可獲得另一部分沸石產(chǎn)品,這部分沸石的純度與通過一步合成法制得的產(chǎn)品純度相當(dāng)。G.G.Hollman等這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是利用了傳統(tǒng)一步法廢液中的硅和鋁物種,獲得了高純度沸石,但高純度沸石產(chǎn)物的量較少。1.3堿液中溶解堿在傳統(tǒng)水熱合成法中,粉煤灰中的石英、莫來石等晶體很難溶解于堿溶液中。為了提高沸石的純度,A.Molina等該法的主要優(yōu)點(diǎn)是可將粉煤灰中的石英、莫來石等晶體轉(zhuǎn)化成沸石,通過該法可得到沸石含量高的產(chǎn)物。1.4合成200合成利用水熱合成法從粉煤灰合成沸石,合成溫度一般為80~200℃,合成時(shí)間一般為24~48h。HidekazuTanaka等微波加熱可以提高反應(yīng)速度、縮短反應(yīng)時(shí)間、降低生產(chǎn)成本,但也存在優(yōu)質(zhì)沸石轉(zhuǎn)化率不高的缺點(diǎn)。1.5利用晶種合成沸石添加晶種法的第一步是合成所需的沸石晶種,然后將粉煤灰、堿、晶種按一定比例混合,在一定溫度下晶化一定時(shí)間即可得到沸石。X.S.Zhao等研究表明晶種的引入有利于沸石的選擇合成,縮短反應(yīng)時(shí)間,提高沸石的純度。該法是具有一定發(fā)展前景的合成方法。1.6廢液處理問題前幾類方法在合成過程中都需要用水作為反應(yīng)試劑,這樣就不可避免地產(chǎn)生了廢液處理問題。為了改善這種情況,M.Park等22.1影響產(chǎn)量的測定液固比指堿液的體積與粉煤灰的質(zhì)量比,比值大則產(chǎn)量高,但耗水量大,反應(yīng)所產(chǎn)生的廢液也多。同時(shí)液固比的大小也影響反應(yīng)時(shí)間的長短,通常液固比在1~20mL/g。2.2影響si和al物種溶解和產(chǎn)量的因素堿的種類和濃度是影響粉煤灰中Si和Al物種的溶解、產(chǎn)物的晶型和產(chǎn)量的重要因素。N.Murayama等2.3粉煤灰的特性粉煤灰沸石的晶型在一定程度上與粉煤灰本身的特性有關(guān),研究表明,在相同反應(yīng)條件下,富鋁的粉煤灰容易生成A型沸石,而富硅的粉煤灰易生成P和X型沸石。H.Tanaka等2.4合成沸石的溫度和時(shí)間反應(yīng)溫度也是影響沸石合成的重要因素,一般來說,升溫可以促進(jìn)粉煤灰中固相溶解及液相濃度的增加,加速沸石晶體的生成。高硅沸石的合成溫度一般為150~200℃,中低硅沸石的合成溫度在150℃以下。沸石合成過程必須控制好反應(yīng)時(shí)間,時(shí)間太長則晶粒增大,同時(shí)還容易出現(xiàn)雜晶(A,X,Y轉(zhuǎn)化成P型沸石,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為方鈉石)。粉煤灰沸石的合成時(shí)間一般為3~48h。一般來說溫度高則需要的反應(yīng)時(shí)間短;溫度低則需要的反應(yīng)時(shí)間長。為了獲得純度高的沸石,K.S.Hui等33.1粉煤灰沸石去除含重金屬廢水中的污染物水處理是粉煤灰沸石最具潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。它利用了粉煤灰沸石具有良好的離子交換能力、離子交換容量和良好吸附能力的特點(diǎn)。粉煤灰沸石可有效去除水中的重金屬離子近年來國內(nèi)外許多研究者開展了用粉煤灰沸石來處理含重金屬離子廢水的研究,研究表明粉煤灰沸石可以有效地去除廢水中的Cr利用粉煤灰沸石具有良好吸附能力的特點(diǎn),可有效去除水中的有機(jī)物。沸石對有機(jī)物的吸附能力主要取決于有機(jī)物分子的極性和大小。相對分子質(zhì)量小的有機(jī)分子可被沸石的內(nèi)部孔道所吸附而除去,相對分子質(zhì)量大的有機(jī)分子可被沸石的外表面吸附而除去。3.2煙氣的凈化處理這方面的應(yīng)用涵蓋工業(yè)制氣純化、工業(yè)和生活廢氣環(huán)境治理。如煤制氣和天然氣的純化,煙氣的凈化處理等。將待處理氣中的SO采用堿熔技術(shù)、分步技術(shù)、晶種添加技術(shù)等可以制得純度較高的粉煤灰沸石,這類沸石具有良好的吸附性能,可以用于氣體的凈化與分離。A.Srinivasan等3.3粉煤灰沸石作為土壤改良劑的作用土壤改良是粉煤灰沸石的一大潛在應(yīng)用領(lǐng)域。粉煤灰沸石具有較好的陽離子交換性能和吸附性能,它可直接用作土壤改良劑,改善作物所需有益微量元素的供給狀況,降低土壤酸性,提高土壤的鹽基交換容量。同時(shí)因?yàn)榉勖夯曳惺蠯利用粉煤灰沸石具有良好吸附和離子交換性能的特點(diǎn),粉煤灰沸石還可用作土壤凈化劑以去除土壤中的重金屬離子。Cheng-FangLin等4粉煤灰沸石合成的影響因素1)將粉煤灰轉(zhuǎn)化成附加價(jià)值較高的沸石是資源有效利用的可行途徑。人們對粉煤灰合成沸石的方法和技術(shù)進(jìn)行了大量的探索研究。一步水熱合成法具有操作簡單,生產(chǎn)成本較低的優(yōu)點(diǎn),傳統(tǒng)兩步水熱合成法可充分利用一步水熱法廢液中的硅鋁資源。通過這兩種方法合成的粉煤灰沸石,雜質(zhì)含量均較高,粉煤灰中的石英、莫來石均不能轉(zhuǎn)化成沸石,這在一定程度上限制了粉煤灰沸石的工業(yè)應(yīng)用。堿熔融技術(shù)使粉煤灰中的石英、莫來石等難轉(zhuǎn)化為沸石的硅鋁物種得到了有效利用,微波技術(shù)和晶種添加技術(shù)的應(yīng)用使粉煤灰沸石的純度有所提高,合成時(shí)間大大縮短。堿熔融、微波、添加晶種、分步技術(shù)成為最具工業(yè)應(yīng)用前景的合成方法。如何綜合應(yīng)用各種合成技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),生產(chǎn)出純度高、成本低的粉煤灰沸石是進(jìn)一步研發(fā)的方向。2)影響粉煤灰沸石合成的因素主要有粉煤灰種類、堿液的量及濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等。如何優(yōu)化合成工藝條件,從而經(jīng)濟(jì)、高效地從粉煤灰中合成出高純度沸石也是進(jìn)一步研發(fā)的方向之一。3)粉煤灰沸石的硅鋁比較