[發明專利]一種粉煤灰微珠多孔材料的制備方法及制得的多孔材料

有效

• 申請號: 201711205406.3
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107930576B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 魏存弟;程姍;苗世頂;蔣引珊;劉碩;張久鵬;張今壹
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J20/10
• 分類號: B01J20/10;C02F1/28;B01J20/30
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明公開了一種粉煤灰微珠多孔材料的制備方法及制得的多孔材料。所述方法為：將經過過篩、烘干得到的粉煤灰細灰為原料，按照粉煤灰中金屬氧化物摩爾量，調節濃硫酸與金屬氧化物的不同比例，配置濃硫酸粉煤灰混合料；將不同配方的濃硫酸粉煤灰混合料在一定的條件下焙燒，得到熟料；將焙燒熟料在一定的水浴條件下將其中的可溶鹽溶出，固液分離，得到不同金屬氧化物與硅質比例的具有孔結構的粉煤灰微珠多孔材料。本發明具有工藝簡單、生產成本低，易于固液分離的特點，同時所制備的微珠材料的孔結構可以調控，適用于吸附廢水中的有機染料，實現了固體廢棄物的綜合利用，達到了“以廢治廢”的目的。

技術領域

本發明涉及一種多孔吸附材料的制備領域，特別涉及一種利用粉煤灰微珠制備不同孔結構的多孔吸附材料的方法。

背景技術

煤粉爐是目前燃煤電廠最為常用的爐型之一，煤粉爐粉煤灰也是產量最大的粉煤灰類型。煤粉爐粉煤灰的化學成分為SiO₂、Al₂O₃和其他金屬氧化物，晶體物相主要為莫來石和剛玉。通過SEM觀察粉煤灰的微觀形貌，可以發現煤粉爐粉煤灰中往往存在較大比例的粉煤灰微珠。這主要源于煤粉爐爐膛內的燃燒溫度較高（1200-1700℃），使得煤粉中的部分無機礦物在高溫下發生熔融，熔融態的小液滴冷卻過程中在表面張力作用下，最終形成的球狀固體顆粒即為粉煤灰微珠。這些微珠主要包括以下幾個類型：漂珠、沉珠（空心和實心）、磁珠等。微珠中的金屬氧化物在酸作用下可以以可溶鹽形式溶出，在微珠形態不變的情況下產生大量孔，而調節金屬氧化物溶出比例，即可獲得不同孔徑和容重的多孔微珠。由于粉煤灰微珠具有吸附性好、耐磨性強、耐腐蝕性好、分散性流動性好的特點，廣泛應用于環保凈水、橡塑填料、輕質混凝土、耐火材料等領域。

染料工業給人類帶來豐富多彩的生活和提供衣食住行的同時，印染廢水不合理的排放對環境和人類健康構成了嚴重的威脅。目前，國內外常用的廢水處理技術大體可以分為三大類：化學法（絮凝沉淀、化學氧化法、電化學法）、生物法（好氧法、厭氧法、好氧厭氧聯合法）和物理法（膜分離法、活性炭吸附法）。其中吸附法處理廢水具有效率高、操作簡單、成本低等優點，因此得到廣泛的應用。常用于廢水處理的吸附劑包括活性炭、沸石、離子交換樹脂、納米金屬氧化物以及復合物吸附材料等。雖然這些吸附劑已被廣泛應用，但是它們的成本相對較高。因而尋找到一種價格低廉并且容易獲得的吸附劑來去除水中的污染物成為當下研究的重點。

CN105582894A公開了《粉煤灰合成NaX型分子篩吸附材料的制備方法》。該方法利用粉煤灰為主要原料，經過氫氧化鈉熔融、水熱晶化、酯化反應工藝制備NaX型分子篩吸附材料。雖然將粉煤灰制備成沸石可以提高粉煤灰的比表面積，增強其吸附性；但是該方法工藝過程復雜，同時水熱過程反應溫度高、能耗大，不利于工業化生產。CN103769045A公開了《一種粉煤灰基吸附材料的制備方法》。該材料不僅要經過高溫堿融，而且在添加結構導向劑的同時還需控制溶液的pH，要求較為苛刻，限制了應用。J.X. Lin, S.L. Zhan 等人在《Adsorption of basic dye from aqueous solution onto fly ash》一文中，利用粉煤灰微珠為原料，在稀H₂SO₄ 溶液中酸浸24h，然后對亞甲基藍進行吸附。該方法雖然成本低廉，操作簡單，但是改性后粉煤灰微珠結構改變不明顯，比表面積略有增大，吸附能力較低。

針對上述方法存在的問題，本發明按照粉煤灰中金屬氧化物的摩爾量，通過調節濃硫酸與金屬氧化物的不同比例，得到不同金屬氧化物與硅質比例的納米孔徑的粉煤灰微珠多孔材料。該多孔微珠具有高的流動性、化學性能穩定、大的比表面積、可調節的孔徑、吸附性強、處理成本低、耐高溫的特點，可將其作為一種有機分子吸附材料應用于廢水處理方面。

發明內容

本發明旨在提供一種粉煤灰微珠制備多孔吸附材料的方法。該方法具有工藝簡單、生產過程可控、生產成本低的特點，充分利用粉煤灰微珠顆粒微細、高分散性和流動性的特點，制備出可調的孔徑及較大的比表面積的吸附材料。

本發明是通過以下技術方案實現的：