粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法。屬工業(yè)廢棄物綜合利用和無機(jī)環(huán)境凈化材料領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】:
粉煤灰是原煤燃燒后形成的殘余物，主要來源于火力發(fā)電廠的沸騰爐以及粉煤爐。我國是煤炭能源的消耗大國，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，火力發(fā)電廠每年排放的粉煤灰總量逐年增加，大量的粉煤灰作為固體廢棄物就地堆放或填埋，占用大量的土地，并產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境污染現(xiàn)象，只有其中的一少部分粉煤灰用于水泥和混凝土等建材行業(yè)。因此，需要加強(qiáng)對粉煤灰綜合利用與開發(fā)，以減少環(huán)境污染，變廢為寶。如果利用粉煤灰制備無機(jī)環(huán)境凈化材料來處理被污染的廢水，不僅能減少粉煤灰對環(huán)境的污染和破壞，同時凈化工業(yè)廢水，從而達(dá)到以廢治廢的效果。開發(fā)具有應(yīng)用前景的高附加值產(chǎn)品是粉煤灰未來發(fā)展的一個方向，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和研究價值。
[0003]沸石是具有特殊結(jié)構(gòu)的多孔晶體，基本結(jié)構(gòu)單元是[S14]和[A10 4]，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得沸石表現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)境功能屬性，如離子交換性能、分子篩特性、選擇吸附特性、選擇催化性能等，是一種極具應(yīng)用潛力的環(huán)境凈化材料。白炭黑也是一種多孔性物質(zhì)，其組成可用S12.λΗ20表示，其中λΗ20是以表面羥基的形式存在，比表面積巨大，廣泛地應(yīng)用于造紙?zhí)盍?、日用化工制品、橡膠制品、環(huán)境凈化等領(lǐng)域。如果將這兩種材料復(fù)合在一起，勢必會提升它們在環(huán)境工程領(lǐng)域的應(yīng)用潛能，尤其是環(huán)境污染物的吸附與交換。目前，粉煤灰制備沸石的方法主要包括:傳統(tǒng)水熱合成法、堿熔融法、兩步合成法、鹽-熱(熔-鹽)合成法、微波合成法等，每種方法都由各自的特點(diǎn)，制備的產(chǎn)物也具有不同的沸石晶體結(jié)構(gòu)(如方鈉石)。粉煤灰制備白炭黑的主要方法有堿熔融法、酸熔融法、熔鹽法、助劑法等，如獲得納米二氧化硅級的白炭黑，則制備工藝復(fù)雜，價格昂貴。另外，以粉煤灰為原料，無論是制備沸石還是制備白炭黑，工藝的影響因素都很復(fù)雜，如原材料的預(yù)處理、反應(yīng)溫度和時間的控制、助劑的選擇與濃度的配比、固液比的調(diào)控，等等，這就大大提高了同步制備沸石和白炭黑復(fù)合材料的工藝難度，必須嚴(yán)格選擇并控制工藝參數(shù)。為進(jìn)一步增加復(fù)合材料的比表面積、提高吸附性能，對復(fù)合材料賦予一定的形狀是非常必要的，比如花瓣?duì)钋虼乇绕胀ㄇ蝮w的比表面積大很多?，F(xiàn)有研究表明，制備特殊形貌的材料大多需要添加模板劑(包括軟模板和硬模板)，在模板劑的誘導(dǎo)下生長成形，這將增加制備工藝的復(fù)雜性和操作成本。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法。
[0005]上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，該方法包括以下步驟:
(1)將粉煤灰原料在馬弗爐中焙燒，高溫活化；
(2)將(I)獲得的產(chǎn)物在酸液中浸泡，進(jìn)一步活化； (3)將(2)獲得的產(chǎn)物真空烘干，研磨，然后過篩；
(4)將(3)獲得的產(chǎn)物與堿液按10~30的液固比混合，然后在恒溫水浴鍋中反應(yīng)；
(5)步驟(4)反應(yīng)過程中，滴加調(diào)節(jié)劑調(diào)整硅鋁比，滴加后繼續(xù)反應(yīng)若干時間；
(6)將(4)獲得的產(chǎn)物靜置晶化，然后抽濾，用蒸餾水反復(fù)洗滌至濾液弱堿性，烘干；
(7)將(6)獲得的產(chǎn)物置于馬弗爐內(nèi)焙燒，即可制得花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇。
[0006]所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(I)粉煤灰原料高溫活化溫度為750~850oC，時間為0.5~2小時。
[0007]所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(2)所用酸液為H2SO4，濃度為l~10mol/L，浸泡時間18~36小時。
[0008]所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(3)烘干溫度為70~90 oC,烘干時間為1~3小時，過篩目數(shù)為200目。
[0009]所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(4)所用堿液為NaOH，濃度為l~5mol/L，液固比為10~30，水浴反應(yīng)溫度為80~100°C。
[0010]所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(5)所用調(diào)節(jié)劑為NaAlO2，濃度為l~5mol/L，體積量為l~100mL，滴加后繼續(xù)反應(yīng)1~3小時。
[0011]所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(6)晶化溫度為20~50°C，晶化時間為5~15小時，洗滌濾液pH范圍為8~9;烘干溫度為90°e，烘干時間為2小時。
[0012]所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(7)焙燒溫度為400~500 °e，焙燒時間為1~3小時。
[0013]有益效果:
1.本發(fā)明的以工業(yè)廢棄物粉煤灰為原材料，開發(fā)一種操作簡單、易于控制的無模板制作方法，制備具有花瓣?duì)钚蚊驳姆解c石沸石和白炭黑復(fù)合材料球簇，獲得價廉質(zhì)優(yōu)的環(huán)境吸附材料。研究結(jié)果表明，通過該方法，可以成功制得花瓣?duì)钚蚊驳姆解c石和白炭黑復(fù)合球簇，物相組分只有方鈉石和白炭黑，形貌呈花瓣?duì)钋虼?，該制品的陽離子交換能力(CEC)高達(dá)238.51mmol/100g，3小時即可使100mg/L的高濃度染料廢水吸附脫色。實(shí)現(xiàn)了粉煤灰綜合利用與水污染治理修復(fù)并行的理念。。
[0014]本發(fā)明方法采用無模板技術(shù)，以粉煤灰為原料，首次同步制得方鈉石和白炭黑，獲得該復(fù)合材料的花瓣?duì)钋虼?。所用粉煤灰來自于哈爾濱呼蘭火電廠，其它助劑都是常用的分析純試劑，成本低廉，工藝簡單，操作容易，過程可控，具有推廣應(yīng)用價值。
[0015]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
一種粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，該方法包括以下步驟:
(1)將粉煤灰原料在馬弗爐中焙燒，高溫活化；
(2)將(I)獲得的產(chǎn)物在酸液中浸泡，進(jìn)一步活化；
(3)將(2)獲得的產(chǎn)物真空烘干，研磨，然后過篩；
(4)將(3)獲得的產(chǎn)物與堿液按10~30的液固比混合，然后在恒溫水浴鍋中反應(yīng)； (5)步驟(4)反應(yīng)過程中，滴加調(diào)節(jié)劑調(diào)整硅鋁比，滴加后繼續(xù)反應(yīng)若干時間；
(6)將(4)獲得的產(chǎn)物靜置晶化，然后抽濾，用蒸餾水反復(fù)洗滌至濾液弱堿性，烘干；
(7)將(6)獲得的產(chǎn)物置于馬弗爐內(nèi)焙燒，即可制得花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇。
[0016]實(shí)施例2:
根據(jù)實(shí)施例1所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(I)粉煤灰原料高溫活化溫度為750~850oC，時間為0.5~2小時。
[0017]實(shí)施例3:
根據(jù)實(shí)施例1或2所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(2)所用酸液為H2SO4，濃度為l~10mol/L，浸泡時間18~36小時。
[0018]實(shí)施例4:
根據(jù)實(shí)施例1或2或3所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(3)烘干溫度為70~90 °ε，烘干時間為1~3小時，過篩目數(shù)為200目。
[0019]實(shí)施例5:
根據(jù)實(shí)施例1或2或3或4所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(4)所用堿液為NaOH，濃度為l~5mol/L，液固比為10~30，水浴反應(yīng)溫度為80~100°C。
[0020]實(shí)施例6:
根據(jù)實(shí)施例1或2或3或4或5所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(5)所用調(diào)節(jié)劑為NaAlO2,濃度為l~5mol/L，體積量為l~100mL，滴加后繼續(xù)反應(yīng)1~3小時。
[0021]實(shí)施例7:
根據(jù)實(shí)施例1或2或3或4或5或6所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(6)晶化溫度為20~50°C，晶化時間為5~15小時，洗滌濾液pH范圍為8~9;烘干溫度為90 oC，烘干時間為2小時。
[0022]實(shí)施例8:
根據(jù)實(shí)施例1或2或3或4或5或6或7所述的粉煤灰制備花瓣?duì)罘解c石和白炭黑復(fù)合球簇的無模板制作方法，所述的步驟(7)焙燒溫度為400~500 Λ，焙燒時間為1~3小時。
[0023]實(shí)施例9:
將粉煤灰原料置于馬弗爐中，750°C焙燒2小時，高溫活化后將產(chǎn)物在5mol/L的H 2S04溶液中浸泡18小時，然后在70 Λ下真空干燥2小時，研磨后過200目篩。篩分產(chǎn)物與lmol/L的NaOH混合，液固比為15，將盛有固液混合物的燒杯置于恒溫水浴槽內(nèi)，機(jī)械攪拌，在80 0C下水浴反應(yīng)，期間逐滴加入lmol/L的NaAlO 2溶液40mL，滴加完畢后繼續(xù)反應(yīng)I小時，然后在40 μ下靜置