粉煤灰制备沸石的研究进展

粉煤灰制备沸石的研究进展

粉煤灰是煤炭行业排放的固体残渣。一定细度的碳粉在蒸汽炉（11001500）中燃烧（1500），然后从分离器收集粉末。粉煤灰利用率较低,大部分以填埋、堆存的方式处理。加以利用的粉煤灰主要用于建筑行业(粉煤灰水泥、粉煤灰砖、粉煤灰硅酸盐砌块、粉煤灰加气混凝土)、土壤改良和化工原料等。粉煤灰的主要化学成分是SiO11.1碱减量法热法一步水热合成法是粉煤灰合成沸石的经典方法之一。其操作要点为:将一定量的粉煤灰加入到一定浓度的碱溶液(一般为NaOH溶液)中,经搅拌均匀形成凝胶后,移入反应器(水热晶化釜、高压釜、敞口容器),在一定温度下老化、晶化一定时间,经洗涤干燥后即得沸石产品。该法可将粉煤灰中的大部分硅、铝物种转化为沸石。采用同种粉煤灰时,碱溶液浓度、液固比、老化及晶化温度、反应时间等是影响沸石纯度、沸石晶型的主要因素。N.Murayama等一步水热合成法具有操作简单,生产成本较低的优点。但通过该法合成的沸石杂质较多,水处理和土壤改良是这类沸石的主要应用领域。1.2滤渣、滤渣的制备两步水热合成工艺如下:首先将粉煤灰与一定浓度的NaOH溶液按一定比例混合,让粉煤灰中的玻璃相充分溶解,在一定温度下反应一段时间后,将反应混合物过滤得到滤液1和滤渣1。向滤液1中添加铝酸盐使溶液中的硅铝比达到所需要的值,将调整好硅铝比的混合液在一定温度下反应一定时间,经过滤得滤液2和滤渣2,将滤渣2进行洗涤、干燥即可得到高纯度沸石。再将滤液2和滤渣1混合,在一定温度下反应一定时间可获得另一部分沸石产品,这部分沸石的纯度与通过一步合成法制得的产品纯度相当。G.G.Hollman等这种方法的主要优点是利用了传统一步法废液中的硅和铝物种,获得了高纯度沸石,但高纯度沸石产物的量较少。1.3碱液中溶解碱在传统水热合成法中,粉煤灰中的石英、莫来石等晶体很难溶解于碱溶液中。为了提高沸石的纯度,A.Molina等该法的主要优点是可将粉煤灰中的石英、莫来石等晶体转化成沸石,通过该法可得到沸石含量高的产物。1.4合成200合成利用水热合成法从粉煤灰合成沸石,合成温度一般为80~200℃,合成时间一般为24~48h。HidekazuTanaka等微波加热可以提高反应速度、缩短反应时间、降低生产成本,但也存在优质沸石转化率不高的缺点。1.5利用晶种合成沸石添加晶种法的第一步是合成所需的沸石晶种,然后将粉煤灰、碱、晶种按一定比例混合,在一定温度下晶化一定时间即可得到沸石。X.S.Zhao等研究表明晶种的引入有利于沸石的选择合成,缩短反应时间,提高沸石的纯度。该法是具有一定发展前景的合成方法。1.6废液处理问题前几类方法在合成过程中都需要用水作为反应试剂,这样就不可避免地产生了废液处理问题。为了改善这种情况,M.Park等22.1影响产量的测定液固比指碱液的体积与粉煤灰的质量比,比值大则产量高,但耗水量大,反应所产生的废液也多。同时液固比的大小也影响反应时间的长短,通常液固比在1~20mL/g。2.2影响si和al物种溶解和产量的因素碱的种类和浓度是影响粉煤灰中Si和Al物种的溶解、产物的晶型和产量的重要因素。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与粉煤灰本身的特性有关,研究表明,在相同反应条件下,富铝的粉煤灰容易生成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合成沸石的温度和时间反应温度也是影响沸石合成的重要因素,一般来说,升温可以促进粉煤灰中固相溶解及液相浓度的增加,加速沸石晶体的生成。高硅沸石的合成温度一般为150~200℃,中低硅沸石的合成温度在150℃以下。沸石合成过程必须控制好反应时间,时间太长则晶粒增大,同时还容易出现杂晶(A,X,Y转化成P型沸石,进而转化为方钠石)。粉煤灰沸石的合成时间一般为3~48h。一般来说温度高则需要的反应时间短;温度低则需要的反应时间长。为了获得纯度高的沸石,K.S.Hui等33.1粉煤灰沸石去除含重金属废水中的污染物水处理是粉煤灰沸石最具潜力的应用领域。它利用了粉煤灰沸石具有良好的离子交换能力、离子交换容量和良好吸附能力的特点。粉煤灰沸石可有效去除水中的重金属离子近年来国内外许多研究者开展了用粉煤灰沸石来处理含重金属离子废水的研究,研究表明粉煤灰沸石可以有效地去除废水中的Cr利用粉煤灰沸石具有良好吸附能力的特点,可有效去除水中的有机物。沸石对有机物的吸附能力主要取决于有机物分子的极性和大小。相对分子质量小的有机分子可被沸石的内部孔道所吸附而除去,相对分子质量大的有机分子可被沸石的外表面吸附而除去。3.2烟气的净化处理这方面的应用涵盖工业制气纯化、工业和生活废气环境治理。如煤制气和天然气的纯化,烟气的净化处理等。将待处理气中的SO采用碱熔技术、分步技术、晶种添加技术等可以制得纯度较高的粉煤灰沸石,这类沸石具有良好的吸附性能,可以用于气体的净化与分离。A.Srinivasan等3.3粉煤灰沸石作为土壤改良剂的作用土壤改良是粉煤灰沸石的一大潜在应用领域。粉煤灰沸石具有较好的阳离子交换性能和吸附性能,它可直接用作土壤改良剂,改善作物所需有益微量元素的供给状况,降低土壤酸性,提高土壤的盐基交换容量。同时因为粉煤灰沸石含有K利用粉煤灰沸石具有良好吸附和离子交换性能的特点,粉煤灰沸石还可用作土壤净化剂以去除土壤中的重金属离子。Cheng-FangLin等4粉煤灰沸石合成的影响因素1)将粉煤灰转化成附加价值较高的沸石是资源有效利用的可行途径。人们对粉煤灰合成沸石的方法和技术进行了大量的探索研究。一步水热合成法具有操作简单,生产成本较低的优点,传统两步水热合成法可充分利用一步水热法废液中的硅铝资源。通过这两种方法合成的粉煤灰沸石,杂质含量均较高,粉煤灰中的石英、莫来石均不能转化成沸石,这在一定程度上限制了粉煤灰沸石的工业应用。碱熔融技术使粉煤灰中的石英、莫来石等难转化为沸石的硅铝物种得到了有效利用,微波技术和晶种添加技术的应用使粉煤灰沸石的纯度有所提高,合成时间大大缩短。碱熔融、微波、添加晶种、分步技术成为最具工业应用前景的合成方法。如何综合应用各种合成技术的优点,生产出纯度高、成本低的粉煤灰沸石是进一步研发的方向。2)影响粉煤灰沸石合成的因素主要有粉煤灰种类、碱液的量及浓度、反应温度、反应时间等。如何优化合成工艺条件,从而经济、高效地从粉煤灰中合成出高纯度沸石也是进一步研发的方向之一。3)粉煤灰沸石的硅铝比较