煤气化细渣制备介孔材料及净水剂研究

1、煤气化细渣制备介孔材料及净水剂研究由于中国“多煤、贫油、少气”的能源结构,近年来,煤化工工业得到了十分迅速的发展,从而使煤气化渣成为了一种排放量巨大的新型固体废弃物。为了减少煤气化渣对土地资源的占用、对环境的危害,煤气化渣的综合利用研究刻不容缓。另一方面,介孔材料因其巨大的比表面积,有序的孔结构以及丰富可控的表面基团,在吸附、催化、电化学、生物学等领域有着十分广阔的应用。然而目前绝大多数制备介孔材料的方法为模板法,其昂贵的生产成本极大地限制了介孔材料的工业化生产,以及在普通领域（如净化工业废水）中的应用。本论文基于煤气化细渣的天然属性,研究了一种低成本制备介孔材料的方法酸浸法。煤气化细渣主要由

2、两部分物质构成,即煤气化后的残余碳和玻璃态的硅铝质微珠。硅铝质微珠的成分以SiO₂为主体，各种金属氧化物，如Al₂O₃、Fe₂O<sub>3</subxCaO掺杂其中。研究发现,通过盐酸浸出玻璃态微珠中的金属氧化物后,可以在原位置留下介孔结构,在600下烧掉碳组分就可以形成一种介孔二氧化硅微珠（称为MG）S。此外,在煤气化过程中,煤气化细渣中的残余碳在高温下,被水蒸气,CO<sub>

3、2</sub今气体活化成多孔碳，其孔径也分布于介孔范围。因此，对于某些煤气化细渣,仅通过盐酸浸出其玻璃微珠中的金属氧化物,就可以形成一种碳硅复合介孔材料（称为CSM）,制备成本非常低,具有极高的应用价值。本论文充分讨论了各种制备工艺条件对MG羽CSML结构的影响。结果表明,所制备介孔材料的孔结构主要受两个因素影响:盐酸浓度和煤气化细渣的粒度。最佳的盐酸浓度是16wt%,同时介孔材料的比表面积和孔容随着煤气化细渣粒度的减小而增大。在最佳的反应条件下,可以制备出比表面积为364m²/g、孔容为0.34cm<sup>3</sup&

4、gt;/g的介孔二氧化硅微珠MGS1,以及比表面积为500m²/g,孔容为0.54cm³/g的碳硅复合介孔材料CSM1并且两种介孔材料的孔径均主要分布于2⁶nm之间。另外,通过TEMK以十分清楚地看到二氧化硅微球和碳中的孔结构，XRD分析表明两种介孔材料的主要物相为非晶态。在酸反应的过程中，H⁺会与二氧化硅表面的“Si-O”缺陷结合成硅羟基（Si-OH）,对介孔材料的吸附性能产生重要影响。本论文通过红外光谱和酸碱

5、滴定法表征MGS俵面硅羟基的种类和数量。结果表明，MGS1表面硅羟基的类型主要是孤立羟基和孚位羟基，硅羟基的数量为1.21个/nm²。论文实验中制备的介孔材料可以实际应用于多种不同领域,如净化工业废水、吸附有害气体以及作为聚合物的无机填料等等。本研究主要通过探索MGS相CSM对亚甲基蓝染料（MB的吸附作用，来验证所制备介孔材料的吸附能力。结果表明,两种介孔材料对亚甲基蓝吸附过程均符合伪二阶动力学模型,吸附平衡均符合Langmuir等温方程,即亚甲基蓝吸附在这两种介孔材料的表面属于化学吸附，并最终单层覆盖在其表面上。亚甲基蓝吸附在MGS俵面的吸附机制

6、为静电机制和氢键机制。另外,Langmuir等温方程表明，MGS网亚甲基蓝染料白最大吸附量为140.57mg/g,CSM1对亚甲基蓝染料的最大吸附量为182.48mg/g。这一数值超过了绝大多数亚甲基蓝吸附剂,甚至可以达到一些通过模板法所制备的介孔材料的吸附量,然而它的制备成本远远低于模板法,证明了其在吸附领域的广阔应用前景。酸浸反应后的滤液中含有大量的金属离子,如果在实际生产中直接排放会造成严重的水体污染,不符合固体废弃物回收利用的宗旨。对于富含Fe³⁺和Al³⁺的溶液,随着体系pH值的升高，Fe(O

7、H₃和Al(OH₃分子不断聚合，分子量不断增大，形成Fe(OH₃和Al(OH₃共聚物，即Fe(OH₃和Al(OH₃胶体，具有很强的吸附作用。研究表明，往滤液中加入少量聚乙烯酰胺作为聚合剂，利用NaOHS节溶液体系pH值在2.5附近，可以使滤液中的Fe⁺和Al⁺聚合成Fe(OH₃和Al(OH₃胶体，从而形成聚合铁铝净水剂。实验表明所制备的净水剂对高岭土悬浊液具有很好的净化效果,去浊率可达97%。总之,本论文研究了一种制备介孔材料的新工艺新方法,极大地降低了介孔材料的制备成本,解决了介孔材料难以大规