煤矸石合成分子筛处理化工废水

Posted 2023-01-13 煤矸石

篇首语：锲而舍之，朽木不折;锲而不舍，金石可镂。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了煤矸石合成分子筛处理化工废水相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

以煤矸石为原料，采用碱熔后水热合成法制备X型分子筛并进行XRD、SEM、BET和Zeta电位分析。研究其对水中Co2+、Cu2+、Cd2+和Cr3+ 4种离子的吸附性能，包括吸附等温线、吸附动力学以及初始金属离子浓度、pH值对吸附性能的影响。

所合成的矸石基X型分子筛的BET比表面积为676.02 m2/g，微孔孔容为0.263 cm3/g。吸附实验表明，矸石基X型分子筛能有效去除上述4种离子，同时实现煤矸石的资源化和金属离子的去除。4种离子的平衡吸附量均随初始浓度的增大而增大，相同条件下平衡吸附量的大小顺序为Cd2+> Cr3+> Cu2+> Co2+。准二级动力学模型能很好地描述4种离子的吸附动力行为。Langmuir模型对Co2+、Cu2+和Cd2+吸附的拟合较Freundlich模型高，说明其主要表现为物理吸附过程。4种离子的吸附速率均由液膜扩散和颗粒内扩散共同控制。

随着煤炭资源需求的持续增加，煤炭开采过程中形成的固体废弃物...煤矸石也急剧增加。煤矸石的产生、堆积带来严重的环境危害：如土地压占，淋溶液对土壤和地下水的污染。煤矸石的主要成分是SiO2和Al2O3，与沸石的化学成分相同，因此可将其作为原料合成沸石分子筛。分子筛作为一种高效的吸附剂和离子交换剂，广泛应用于环保、化工催化、轻工、农业和环境材料等领域。

但由于沸石的合成原料大多成本昂贵，加之工艺复杂，不易形成规模化生产，这在一定程度上限制了其实际应用。以煤矸石为原料合成分子筛一方面提高了以煤矸石为原料合成产品的科技含量和附加值，拓宽了煤矸石的利用途径，达到了以废治废的目的；

另一方面又为寻找一种来源丰富，价格低廉的沸石合成原料开辟了一条新出路。各种工业活动产生的金属离子因其进人环境后不可生物降解性，加之往往又参与食物链循环，并最终在生物体内积累，破坏生物体的正常生理代谢活动，进而危害人体健康而受到普遍关注。

吸附被认为是一种有效处理金属离子的方法，而沸石又恰恰是一种有效且广泛应用的吸附剂。国内外已就金属离子的沸石吸附去除开展了广泛的研究，但由于条件等的不一致往往很难对其吸附性能有一个较全面的了解。此外，以煤矸石为原料合成沸石并应用于金属离子的去除研究尚不足。

本文以煤矸石为原料，采用碱融后水热合成法制备出X型分子筛，全面研究了其对水中金属离子的去除特性，为实际应用提供理论基础。

1实验部分

1.1实验材料和仪器

制备分子筛的原料取自陕西白水煤矿，其SiO2和Al2O3分别为45.14%和26.97%，烧失量16.40%。硝酸钴，硝酸铜，硝酸镉和硝酸铬均为分析纯，购自上海金山亭新化工试剂厂；氢氧化钠，购自天津化学厂；硝酸，分析纯，购自天津化学厂。

X射线衍射仪，日本D/Max2550VB+/PC；扫描电子显微镜，日本HITACHI S-3400N；电感耦合等离子体原子发射光谱仪，德FHX；英国马尔文Zetasizer Nano分析仪；比表面积测定仪，中国JWBK-132F。。

1.2金属离子模拟废水的配置

1.3矸石基X型分子筛的制备

煤矸石经破碎，烘干，过320目筛，于马弗炉中800℃下焙烧3h制得疏松多孔的灰色原料。取出后研磨，按照1:2:1的烧碱/矸石质量比均匀混合，于马弗炉中650℃下熔融2h，碱熔产物与水以8ML/g的液固比混合，室温搅拌陈化6h后转移到水热合成反应釜中，于干燥箱中110℃晶化12h。产物经水洗至pH＜9；后离心、干燥，最终制得白灰色粉末状产物。

1.4矸石基X型分子筛的表征

产物晶相通过D/Max2550VB+/P型全自动X射线衍射仪（XRD）鉴定，表面形貌通过S-3400N型扫描电子显微镜（SEM）观察。由JWBK-132F型比表面积测定仪分析产物的比表面积和孔径分布，其等电点电位通过Zetasizer Nano仪测定得到。

详情请点击下载附件：煤矸石合成分子筛处理化工废水