煤矸石制備活性炭-沸石型體復(fù)合材料及其性能研究.pdf

1、煤矸石是煤炭開采及洗選加工過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，是我國(guó)目前排放量最大的固體廢棄物之一。沸石分子篩和活性炭是工業(yè)上最重要和常用的兩種吸附劑，由于它們各自的組成，孔結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)不同而表現(xiàn)出各自的吸附特性。在氣體或液體的分離、凈化，以及各種水處理過(guò)程中，吸附劑是其工藝技術(shù)的核心，目前，工業(yè)化的吸附劑如沸石和活性炭等，僅是單一性能的吸附材料，常常不能滿足實(shí)際的需求或使工藝過(guò)程過(guò)于復(fù)雜化。 煤矸石的主要礦物成分為高嶺石，主要化學(xué)成分為

2、Al2O3、SiO2和C。目前，根據(jù)煤矸石組成和結(jié)構(gòu)性質(zhì)，煤矸石己被用于制取多種化工產(chǎn)品。但是，這些技術(shù)只利用了煤矸石中的一部分成分，不僅利用率低，而且存在二次污染。有些研究人員利用K2CO3為活化劑制備了活性炭一沸石型體(或粉體)復(fù)合材料，由于化學(xué)活化法對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，同時(shí)材料中活性炭、沸石組分含量受原料組成的限制，使得材料很得到工業(yè)應(yīng)用。因而，本文提出以為CO2為活化劑、在原料中添加一部分瀝青粉充當(dāng)成型劑，同時(shí)調(diào)節(jié)材料中的活性炭和沸

3、石分子篩含量、調(diào)節(jié)復(fù)合材料的孔分布和表面性質(zhì)。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括: 1、活化條件對(duì)材料性能的影響。 1)在850℃活化溫度下，以CO2為活化劑活化24小時(shí)時(shí)，活性炭的微孔含量達(dá)到最大，然后，隨著活化繼續(xù)，活性炭的微孔轉(zhuǎn)化為中孔，微孔大量減少而中孔少量增加。活化溫度升高，能加速活化，則在900℃活化溫度下，以CO2為活化劑活化20小時(shí)時(shí)，活性炭的微孔含量達(dá)到最大。材料的N2吸附-脫附等溫線、BET比表面積、DFT孔分布

4、、苯吸附量的變化是由材料的孔道結(jié)構(gòu)決定，則材料孔道結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)也決定了這些性質(zhì)的變化趨勢(shì)。 2)炭化過(guò)程是一個(gè)低沸點(diǎn)有機(jī)物揮發(fā)和碳質(zhì)材料固化成型的過(guò)程。煤焦油瀝青中低沸點(diǎn)揮發(fā)性組分較多，所以在炭化過(guò)程，以石油瀝青為粘接劑的原料剩余固定碳含量較多。原料中瀝青粉比例的增多能增加CO2的活化效率，在相同活化條件下，隨瀝青比例的增多，材料中的微孔含量增多，同時(shí)達(dá)到微孔含量最多的時(shí)間也延長(zhǎng)。 2、晶化條件對(duì)材料性能的影響。

5、 1)通過(guò)XRD表征知，活化煤矸石按Al2O3:SiO2:Na2O:H2O=1:2:1.5-4:15-30化學(xué)組成，65℃陳化3小時(shí)，90℃晶化3-18小時(shí)，可制備得活性炭-4A沸石分子篩。活化煤矸石按Al2O3:SiO2:Na2O:H20=1:2-6:3-7:20-60化學(xué)組成，65℃陳化12小時(shí)，90℃晶化6-24小時(shí)，可制備得活性炭-13X沸石分子篩。 2)能過(guò)CO2-TPD表征知，在晶化過(guò)程中，活性炭表面發(fā)生了改性，活