本文關(guān)鍵詞：酸浸煤矸石制備介孔材料的研究

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【摘要】：由于我國煤矸石未能得到合理有效的大規(guī)模利用而大量堆積,不僅占用了土地資源,又由于雨淋會(huì)使其中重金屬元素溶出污染周圍土壤和地下水,從而影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境；另外,煤矸石中還含有一定的有機(jī)碳質(zhì)可燃物,在特定條件下可燃燒排放出煙塵、硫氧化物和氮氧化物等有害氣體,污染大氣環(huán)境。因此發(fā)展高科技含量、高附加值的煤矸石綜合利用技術(shù)和產(chǎn)品,擴(kuò)大煤矸石的利用率和應(yīng)用范圍,并使其無害化和資源化已勢(shì)在必行。本論文探索有效的煤矸石活化工藝,并采用酸浸法處理煤矸石,以獲得高附加值的介孔材料,研究結(jié)果不僅可以減輕安徽省兩淮礦區(qū)由于煤矸石大量堆放而造成的環(huán)境污染,而且還可以推動(dòng)兩淮礦區(qū)的經(jīng)濟(jì)健康、可持續(xù)地發(fā)展,從而產(chǎn)生顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。本論文詳細(xì)探討了淮南礦區(qū)煤矸石微波活化和熱活化的效果,并對(duì)煅燒活化的煤矸石進(jìn)行酸浸處理,探索了酸浸工藝對(duì)所得樣品比表面積的影響,最后優(yōu)化工藝因素進(jìn)一步提高樣品孔體積和比表面積,探討酸浸過程作用機(jī)理。本論文所選用的淮南礦區(qū)煤矸石為粘土類煤矸石,主要化學(xué)成分為二氧化硅和三氧化二鋁,以及少量氧化鈣和氧化鐵；主要礦物成分為石英和高嶺石,以及少量方解石和菱鐵礦。微波活化研究表明,采用0.715 k～W1.100 kW功率的微波輻照2 min～12 min可以去除煤矸石中的自由水和吸附水,并使其中方解石相分解,但不能脫去高嶺石的層間結(jié)構(gòu)水,也不能使高嶺石和菱鐵礦分解,故不能活化煤矸石。熱活化研究結(jié)果表明,煅燒可以使煤矸石中高嶺石、方解石和菱鐵礦相分解,產(chǎn)生無定形的非結(jié)晶的產(chǎn)物,方解石和菱鐵礦在500℃以下即可分解,高嶺石到600℃開始失去層間結(jié)構(gòu)水,轉(zhuǎn)變?yōu)槠邘X石,到850℃完全分解；保溫時(shí)間對(duì)高嶺石分解無明顯影響。最終確定最佳煤矸石熱活化工藝參數(shù)為：850℃煅燒2小時(shí),室溫急冷。對(duì)經(jīng)煅燒急冷活化的煤矸石進(jìn)行酸浸處理,制備介孔材料,工藝探索結(jié)果表明,酸浸處理溫度、酸浸時(shí)間和酸液用量均對(duì)介孔材料的比表面積有顯著影響,其中處理溫度和酸浸時(shí)間存在最佳值,而酸用量存在飽和值,本論文中經(jīng)850℃煅燒熱活化的煤矸石2 g,加入16 ml混酸,在80℃酸浸處理4 h,所得樣品的比表面積最大,達(dá)207.57 m2/g,總的孔體積為0.33 cm3/g,平均孔徑為6.34 nm；煅燒活化對(duì)酸浸效果影響特別顯著,未煅燒活化和微波輻照處理的煤矸石酸浸樣的比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煅燒活化的樣品,酸浸過程中酸只能腐蝕無定形的非晶態(tài)活性物質(zhì),結(jié)晶相幾乎不能與酸反應(yīng)溶出；對(duì)煅燒活化后的樣品進(jìn)行二次研磨,可進(jìn)一步顯著提高酸浸樣品的比表面積,可達(dá)299.25 m2/g,總的孔體積為0.40 cm3/g,平均孔徑為5.37nm。二次研磨是促使煅燒活化后活性物質(zhì)暴露在外的有效手段。由于煅燒急冷將煤矸石中穩(wěn)定的無活性的結(jié)晶礦物相轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形的非晶態(tài)物質(zhì),才使煤矸石具有酸浸活性,因此煤矸石的活化處理是利用煤矸石制備多孔材料的前提條件。
【關(guān)鍵詞】：煤矸石 資源化處理 介孔材料 酸浸 微波活化 熱活化
【學(xué)位授予單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD849.5;TB383.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-26
• 1.1 煤矸石概況13-14
• 1.2 煤矸石的結(jié)構(gòu)與性能14-15
• 1.3 煤矸石的資源化再利用15-18
• 1.3.1 煤矸石發(fā)電15
• 1.3.2 煤矸石生產(chǎn)建筑材料15-16
• 1.3.3 煤矸石用作充填物16-17
• 1.3.4 煤矸石制作肥料17
• 1.3.5 煤矸石制備化工原料17
• 1.3.6 煤矸石制備新材料17
• 1.3.7 煤矸石綜合利用的建議17-18
• 1.4 煤矸石的活性及活化工藝18-21
• 1.4.1 煤矸石活性18
• 1.4.2 煤矸石活性影響因素18-19
• 1.4.3 煤矸石熱活化19-20
• 1.4.4 煤矸石微波活化20
• 1.4.5 煤矸石機(jī)械活化20-21
• 1.4.6 煤矸石化學(xué)活化21
• 1.5 多孔材料的制備方法21-23
• 1.5.1 溶膠-凝膠合成法21-22
• 1.5.2 水熱合成法22
• 1.5.4 化學(xué)腐蝕法22
• 1.5.5 其它22-23
• 1.6 多孔材料的測(cè)定方法23-25
• 1.6.1 BET23
• 1.6.2 壓汞法23-24
• 1.6.3 流體透過法24
• 1.6.4 掃描電子顯微鏡法(SEM)24
• 1.6.5 核磁共振法(NMR)24-25
• 1.7 本論文的研究?jī)?nèi)容和意義25-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法26-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備與用品26-27
• 2.3 煤矸石微波輻照活化實(shí)驗(yàn)27
• 2.4 煤矸石低溫煅燒活化實(shí)驗(yàn)27-28
• 2.5 酸浸活化煤矸石制備介孔材料28-29
• 2.6 樣品的表征29-30
• 第三章 煤矸石活化工藝研究30-41
• 3.1 原煤矸石結(jié)構(gòu)與成分分析30-32
• 3.2 微波活化工藝的探索32-35
• 3.2.1 微波輻照功率對(duì)活化效果的影響32-34
• 3.2.2 微波輻照時(shí)間對(duì)活化效果的影響34-35
• 3.3 煤矸石熱活化工藝的探索35-40
• 3.3.1 煅燒溫度對(duì)煤矸石活化的影響35-38
• 3.3.2 煅燒保溫時(shí)間對(duì)煤矸石活化的影響38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 利用煤矸石制備多孔材料的研究41-50
• 4.1 煤矸石酸浸工藝的探索41-45
• 4.1.1 酸浸處理溫度的影響41-42
• 4.1.2 酸用量的影響42-43
• 4.1.3 酸浸時(shí)間的影響43-45
• 4.2 工藝優(yōu)化45-48
• 4.2.1 煅燒活化對(duì)樣品比表面積的影響45-46
• 4.2.2 煅燒活化后二次研磨的影響46-48
• 4.3 酸浸過程機(jī)理分析與討論48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-51
• 參考文獻(xiàn)51-55
• 致謝55-56
• 作者簡(jiǎn)介及讀研期間主要科研成果56

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本文編號(hào)：905883