粉煤灰改性作吸附剂在水处理方面的资源化利用

Posted 2023-01-12 分子筛

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粉煤灰改性作吸附剂在水处理方面的资源化利用
刘雁滨
近30年，用活性炭作为吸附剂在治理环境方面发挥了重要作用。由于制备活性炭的优质原料有限，产品价格又比较贵，为满足日益增长的防治污染的需要，人们在寻求开辟新一代活性炭的廉价原料来源或活性炭的代用品时，对“废料"粉煤灰产生了很大兴趣。
一、粉煤灰改性的物质基础
粉煤灰的主要成分是二氧化硅和三氧化二铝，是一种含有不规则多孔的微粒，比表面积较大，因此具有一定的吸附能力。把粉煤灰用于吸附工业废水中的磷酸盐、重铬酸盐和氟化物等，但吸附效果还不理想。我对粉煤灰中的主要成分及活性物质进行了一些物理和化学方法处理，制成了一些新的改性粉煤灰，这种改性粉煤灰与改性前的粉煤灰相比，其物理性质和化学性质都发生了变化，吸附阴、阳离子的性能大大提高，在某些条件下，甚至超过了吸附性能很强的分子筛吸附剂。
二、粉煤灰改性的方法
1.火法。火法通常是将粉煤灰与助溶剂(Na2CO3)按一定比例混合，在800℃～900℃的高温下熔融，使粉煤灰分解，其主要反应为：
NaCO3=Na2O+CO2Na2O+SiO2=Na2SiO3
3Na2O+4SiO2+[3Al2O32Si02]=3[Na2OAl2O32Si02]
6Na2O+4SiO2+[3Al2O32Si02]=3[2Na2OAl2O32Si02]
然后对熔融后的产物进行处理，可得混凝剂、沸石等吸附材料。
2.湿法。因浸出剂的不同，湿法又可分为酸法和碱法。碱法处理时，为得到较高的硅浸出率，也要对粉煤灰进行高温处理。酸法处理时，不要经高温处理，对硅、铝、铁都有较高的浸出率。
二者比较：火法的耗能较高，但粉煤灰的利用率较高；而湿法虽能耗较低，但利用率不高。
三、粉煤灰改性吸附材料的制备
1.沸石。沸石按其生成方式可以分为天然沸石和人工沸石两大类。
(1)沸石合成方法。目前，利用粉煤灰合成沸石的方法有很多，水热晶化法通常是沸石合成普遍采用的方法，其基本过程是：将硅源和铝源在碱液中溶解，然后混合形成水凝胶，老化一定时间后，置于高压釜中在适当温度下自升压力晶化而成，再经洗涤焙烧，即得到沸石。粉煤灰合成沸石，就是利用这些方法将粉煤灰中的大部分硅铝酸玻璃体转化成为沸石，在适当的条件下把惰性物质莫来石、石英活化，也可加以利用。
(2)合成沸石的特点。利用粉煤灰改性合成沸石具有很大的表面积和离子交换功能，因而它的吸附容量比原状粉煤灰大得多，特别对废水的重金属离子具有很好的去除作用，而且吸附后容易再生，降低了废水的处理成本。中国地质大学的王焰新等人对粉煤灰合成沸石对重金属吸附进行了研究，并与未改性的粉煤灰进行了比较。结果表明：合成沸石对Cu2+的去除率随着沸石的用量增加而增加，且在同种条件下较粉煤灰的吸附容量大。马洪文等用粉煤灰改性合成13X沸石分子筛净化含Pb2+废水的实验研究并与绿海藻、离子交换纤维、交联壳聚糖、接枝羧基淀粉进行比较，利用13X沸石分子筛净化处理含Pb2+的废水，效果优于绿海藻及聚合微生物。
2.陶粒。粉煤灰陶粒比表面积大，化学稳定性好，具有良好的吸附性能，是一种廉价的吸附剂。
氯化钡溶液处理后的粉煤灰陶粒对废水中的Cr6+有着较强的吸附能力，能够有效地去除水中的Cr6+。林文壮等人对经氯化钡处理过的粉煤灰陶粒对Cr6+的吸附进行了研究，研究表明：在废水pH=5.5，按铬与含钡陶粒重量比1/1000投加进行处理，Cr6+的去除率达99%以上，出水符合国家排放标准。3.分子筛。生产分子筛一般采用碱、铝、硅酸钠等合成，其原料的来源较少，价格较贵。如果以粉煤灰为原料生产分子筛，不仅可节约化工原料，而且工艺简单，质量好。电厂粉煤灰在烟雾中是一种气溶胶状物质，用这种粉煤灰易于制造粉末状分子筛，应用范围广泛。
(1)制备方法。将粉煤灰和工业氢氧化铝、纯碱进行混合，搅拌均匀将配料用马福炉在80℃～50℃下焙烧2～3小时，自然冷却后再经粉碎过筛。在常温下搅拌投料于容器中，加热升温至50℃～55℃，保持pH值一定，恒温2小时，然后升温至94℃～100℃，在不断地搅拌下晶化6小时，最后经过滤、洗涤、干燥制得白色粉末状分子筛。
(2)分子筛的展望。用电厂粉煤灰作基础原料，只要其成分含量Al2O3>30%、SiO2>45%，就可以用于制造分子筛，选择合适的条件能制出较好的分子筛。因粉煤灰是电厂消烟除尘废物，从而使制造分子筛的成本较低，原料来源充足。用粉煤灰制造分子筛不仅实现对废物的综合利用，还能由此产生较好的经济效益，制出的分子筛又可用于环保及其他领域。