粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板方法
【专利说明】
[0001]技术领域:
本发明涉及一种粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法。属工业废弃物综合利用和无机环境净化材料领域。
[0002]【背景技术】:
粉煤灰是原煤燃烧后形成的残余物，主要来源于火力发电厂的沸腾炉以及粉煤炉。我国是煤炭能源的消耗大国，随着经济的快速发展，火力发电厂每年排放的粉煤灰总量逐年增加，大量的粉煤灰作为固体废弃物就地堆放或填埋，占用大量的土地，并产生了严重的环境污染现象，只有其中的一少部分粉煤灰用于水泥和混凝土等建材行业。因此，需要加强对粉煤灰综合利用与开发，以减少环境污染，变废为宝。如果利用粉煤灰制备无机环境净化材料来处理被污染的废水，不仅能减少粉煤灰对环境的污染和破坏，同时净化工业废水，从而达到以废治废的效果。开发具有应用前景的高附加值产品是粉煤灰未来发展的一个方向，具有重要的现实意义和研究价值。
[0003]沸石是具有特殊结构的多孔晶体，基本结构单元是[S14]和[A10 4]，独特的结构使得沸石表现出优异的环境功能属性，如离子交换性能、分子筛特性、选择吸附特性、选择催化性能等，是一种极具应用潜力的环境净化材料。白炭黑也是一种多孔性物质，其组成可用S12.λΗ20表示，其中λΗ20是以表面羟基的形式存在，比表面积巨大，广泛地应用于造纸填料、日用化工制品、橡胶制品、环境净化等领域。如果将这两种材料复合在一起，势必会提升它们在环境工程领域的应用潜能，尤其是环境污染物的吸附与交换。目前，粉煤灰制备沸石的方法主要包括:传统水热合成法、碱熔融法、两步合成法、盐-热(熔-盐)合成法、微波合成法等，每种方法都由各自的特点，制备的产物也具有不同的沸石晶体结构(如方钠石)。粉煤灰制备白炭黑的主要方法有碱熔融法、酸熔融法、熔盐法、助剂法等，如获得纳米二氧化硅级的白炭黑，则制备工艺复杂，价格昂贵。另外，以粉煤灰为原料，无论是制备沸石还是制备白炭黑，工艺的影响因素都很复杂，如原材料的预处理、反应温度和时间的控制、助剂的选择与浓度的配比、固液比的调控，等等，这就大大提高了同步制备沸石和白炭黑复合材料的工艺难度，必须严格选择并控制工艺参数。为进一步增加复合材料的比表面积、提高吸附性能，对复合材料赋予一定的形状是非常必要的，比如花瓣状球簇比普通球体的比表面积大很多。现有研究表明，制备特殊形貌的材料大多需要添加模板剂(包括软模板和硬模板)，在模板剂的诱导下生长成形，这将增加制备工艺的复杂性和操作成本。
[0004]
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法。
[0005]上述的目的通过以下的技术方案实现:
一种粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，该方法包括以下步骤:
(1)将粉煤灰原料在马弗炉中焙烧，高温活化；
(2)将(I)获得的产物在酸液中浸泡，进一步活化； (3)将(2)获得的产物真空烘干，研磨，然后过筛；
(4)将(3)获得的产物与碱液按10~30的液固比混合，然后在恒温水浴锅中反应；
(5)步骤(4)反应过程中，滴加调节剂调整硅铝比，滴加后继续反应若干时间；
(6)将(4)获得的产物静置晶化，然后抽滤，用蒸馏水反复洗涤至滤液弱碱性，烘干；
(7)将(6)获得的产物置于马弗炉内焙烧，即可制得花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇。
[0006]所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(I)粉煤灰原料高温活化温度为750~850oC，时间为0.5~2小时。
[0007]所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(2)所用酸液为H2SO4，浓度为l~10mol/L，浸泡时间18~36小时。
[0008]所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(3)烘干温度为70~90 oC,烘干时间为1~3小时，过筛目数为200目。
[0009]所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(4)所用碱液为NaOH，浓度为l~5mol/L，液固比为10~30，水浴反应温度为80~100°C。
[0010]所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(5)所用调节剂为NaAlO2，浓度为l~5mol/L，体积量为l~100mL，滴加后继续反应1~3小时。
[0011]所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(6)晶化温度为20~50°C，晶化时间为5~15小时，洗涤滤液pH范围为8~9;烘干温度为90°e，烘干时间为2小时。
[0012]所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(7)焙烧温度为400~500 °e，焙烧时间为1~3小时。
[0013]有益效果:
1.本发明的以工业废弃物粉煤灰为原材料，开发一种操作简单、易于控制的无模板制作方法，制备具有花瓣状形貌的方钠石沸石和白炭黑复合材料球簇，获得价廉质优的环境吸附材料。研究结果表明，通过该方法，可以成功制得花瓣状形貌的方钠石和白炭黑复合球簇，物相组分只有方钠石和白炭黑，形貌呈花瓣状球簇，该制品的阳离子交换能力(CEC)高达238.51mmol/100g，3小时即可使100mg/L的高浓度染料废水吸附脱色。实现了粉煤灰综合利用与水污染治理修复并行的理念。。
[0014]本发明方法采用无模板技术，以粉煤灰为原料，首次同步制得方钠石和白炭黑，获得该复合材料的花瓣状球簇。所用粉煤灰来自于哈尔滨呼兰火电厂，其它助剂都是常用的分析纯试剂，成本低廉，工艺简单，操作容易，过程可控，具有推广应用价值。
[0015]【具体实施方式】:
实施例1:
一种粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，该方法包括以下步骤:
(1)将粉煤灰原料在马弗炉中焙烧，高温活化；
(2)将(I)获得的产物在酸液中浸泡，进一步活化；
(3)将(2)获得的产物真空烘干，研磨，然后过筛；
(4)将(3)获得的产物与碱液按10~30的液固比混合，然后在恒温水浴锅中反应； (5)步骤(4)反应过程中，滴加调节剂调整硅铝比，滴加后继续反应若干时间；
(6)将(4)获得的产物静置晶化，然后抽滤，用蒸馏水反复洗涤至滤液弱碱性，烘干；
(7)将(6)获得的产物置于马弗炉内焙烧，即可制得花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇。
[0016]实施例2:
根据实施例1所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(I)粉煤灰原料高温活化温度为750~850oC，时间为0.5~2小时。
[0017]实施例3:
根据实施例1或2所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(2)所用酸液为H2SO4，浓度为l~10mol/L，浸泡时间18~36小时。
[0018]实施例4:
根据实施例1或2或3所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(3)烘干温度为70~90 °ε，烘干时间为1~3小时，过筛目数为200目。
[0019]实施例5:
根据实施例1或2或3或4所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(4)所用碱液为NaOH，浓度为l~5mol/L，液固比为10~30，水浴反应温度为80~100°C。
[0020]实施例6:
根据实施例1或2或3或4或5所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(5)所用调节剂为NaAlO2,浓度为l~5mol/L，体积量为l~100mL，滴加后继续反应1~3小时。
[0021]实施例7:
根据实施例1或2或3或4或5或6所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(6)晶化温度为20~50°C，晶化时间为5~15小时，洗涤滤液pH范围为8~9;烘干温度为90 oC，烘干时间为2小时。
[0022]实施例8:
根据实施例1或2或3或4或5或6或7所述的粉煤灰制备花瓣状方钠石和白炭黑复合球簇的无模板制作方法，所述的步骤(7)焙烧温度为400~500 Λ，焙烧时间为1~3小时。
[0023]实施例9:
将粉煤灰原料置于马弗炉中，750°C焙烧2小时，高温活化后将产物在5mol/L的H 2S04溶液中浸泡18小时，然后在70 Λ下真空干燥2小时，研磨后过200目筛。筛分产物与lmol/L的NaOH混合，液固比为15，将盛有固液混合物的烧杯置于恒温水浴槽内，机械搅拌，在80 0C下水浴反应，期间逐滴加入lmol/L的NaAlO 2溶液40mL，滴加完毕后继续反应I小时，然后在40 μ下静置