用于除尘脱氮柱状催化剂载体材料的制备

用于除尘脱氮柱状催化剂载体材料的制备

赤泥是铝土矿开采氧化过程中产生的废物，因此被称为赤红色粘土。每生产1t氧化铝大约要产生0.5～2.5t的赤泥,并且每吨赤泥还附带约4m3含碱废液,大量赤泥的产生会对环境造成污染。如何将赤泥变废为宝成为了当前研究的热点。赤泥因氧化铝的生产方法不同,可分为烧结法型,拜耳法型和联合法型3种。在本实验中制备的载体用的是烧结法产生的赤泥,其组成主要有SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO,TiO2,Na2O,K2O,载体里还有一种主要材料是粉煤灰,粉煤灰是热电厂燃烧煤炭过程中产生的固体残渣,目前我国电力工业发展格局仍以火电为主,这意味着粉煤灰的排放量会持续增加,有数据显示2000年全国电厂粉煤灰的排放量达到1.6亿t,仅这些粉煤灰的储存就占去2667hm2土地和良田。热电厂的粉煤灰CaO的含量为4.06%,SiO2、Al2O3的含量达到93%以上,是一种优质的低钙粉煤灰。粉煤灰不仅比其他耐火材料成本低,而且强度以及抵抗化学侵蚀性能均好。本实验以赤泥、粉煤灰等为原料制备了载体,充分利用了二次资源,降低了实验成本。在此之前已经有不少学者做了赤泥等制备陶瓷材料的研究,但是利用固体废弃物制备气固分离的载体材料文章较少见,在大量查阅总结他人研究成果的基础上,本实验提出了一个合理的实验方案,找到了初步的配方,重点研究了不同烧结温度下得到的载体气孔率、气孔分布、抗压强度等性能。通过对比初步确定了适宜的烧结温度。1膨润土试剂实验材料:赤泥(山东铝业公司);粉煤灰(北京火力发电厂);膨润土(北京化学试剂公司);普通碎玻璃。仪器设备:电子分析天平、电热恒温干燥箱、人工智能箱式电阻炉、透反射显微镜、抗压强度测试仪。2阻燃红树莓原汁的制备(1)材料的制备:取适量赤泥材料在烘箱内烘干、砸碎、研磨,过160目筛子筛分,取干燥的细赤泥备用。然后将适量的粉煤进行预处理,步骤同上。膨润土可以选择厂家生产的标准成分。最后找玻璃瓶洗净、烘干、砸碎、研磨,然后过120目筛子筛分,取细玻璃粉末备用。载体模具自制,外形为内直径约为0.75cm,高约为6cm的空心圆柱。(2)实验步骤:将赤泥、粉煤灰、膨润土、碎玻璃按一定的比例混合均匀,加入去离子水搅拌做成坯状,然后用自制模具将混合物做成直径0.75cm,高约为1cm的载体雏形。放入100℃烘箱中烘干,然后用高温人工智能箱式电阻炉烧结,制得表面有孔隙的坚硬载体,对烧结后的样品进行强度和孔隙率的测定。改变原料配比重复以上实验步骤。3结果与讨论3.1载体的用量及用量各种材料的用量对于载体的成型非常重要,实验采取了8种配比,7个烧结温度点,5个保温时间,共35组实验,见表1。实验结果见图1。赤泥、粉煤灰、膨润土、碎玻璃的用量对材料的硬度孔隙率有一定影响,通过实验得知,随着碎玻璃的加入使得载体颗粒的硬度和孔隙率达到最佳值的平衡时间减少了,即减少了保温时间,文献显示这是由于烧结过程加速了发生的化学反应。载体孔隙的多少直接影响其负载性能,所以主要检测孔隙率的大小来鉴定载体是否符合要求,也通过孔隙率来寻找合适的载体。各种配比的烧结情况以及孔隙率、抗压强度的关系如图1所示。3.2玻璃化阶段的作用特性首先确定马弗炉的升温速率是否满足实验载体要求的升温速率。该实验使用的是洛阳市西格玛仪器制造有限公司生产的人工智能箱式电阻炉。升温程序为30min升温到100°C,升到设定温度后自动保温一定时间后冷却降温。从升温开始到400°C过程中,载体中有机质燃烧,接着开始脱水。这个过程反应较快,所以相应的升温速率也比设定的快,400～900°C是玻璃化阶段,内部出现黏滞性物态,在烧制过程中继而产生玻璃状结构的物质。一般来说,快速加热下熔解的石英等玻璃态物质黏度小,容易渗透到各种晶体颗粒间隙中,使吸附材质的颗粒结构过于致密,会使气孔较少。颗粒内部的气孔较少,直接影响到载体的负载功能,所以这个阶段加热应缓慢而均匀;当升温至900°C以上时,较多的玻璃态物质会影响吸附材质的颗粒形状稳定性,所以这个阶段可以较快地升温到烧成温度。在最佳的升温速率下,烧制出的赤泥载体颗粒在透反射显微镜放大400倍时照片如图2所示,孔隙呈大小不等的圆形。3.3烧结温度对载体性能的影响实验选取了6个烧结温度,分别是950°C,1000°C,1050°C,1100°C,1050°C和1200°C。烧结温度对材料强度和孔隙率的影响见图2。在温度低时,载体的吸附强度比较小,没有明显肉眼看得见的孔隙,抗压能力也比较小。随着温度的逐渐升高,载体的强度逐渐变大,并在一定的温度范围内达到最优值。当温度再升高时,载体颗粒的强度也不会再增加,到1200°C时外观呈现烧焦状,变为黑色,并且变形缩小,孔隙也逐渐减少。烧结温度和孔隙率、抗压强度的关系如图3所示。3.4负载溶胶状液体保温时间决定着赤泥中玻璃相的形成,充分的保温时间能够使原料中玻璃相形成的反应更为完全,从而使载体达到一定的强度,并且具有一定的孔隙率,对于负载溶胶状液体有很大优势。在实验中,保温时间在达到1.5h后对载体的孔隙形成影响不是特别明显,所以考虑到经济性,可选择保温时间在1.5h～2.0h之间。4载体孔隙率及材料配比(1)通过实验得到符合材料要求的赤泥载体,发现烧结温度和材料配比是影响赤泥载体性能的主要因素。烧结温度在1000°C时抗压强度与孔隙率达到最优值,温度大于1150°C后,随温度升高抗压强度下降。(2)确定了的材料配比,赤泥含量为50%～60%、粉煤灰约占25%,再加入少量