超聲－微波法合成粉煤灰分子篩及吸附性能研究*

孟桂花，吳建寧，魏 忠，王緒根

(1新疆兵團化工綠色過程重點實驗室－省部共建國家重點實驗室培育基地，新疆石河子832003;2石河子大學化學化工學院，新疆石河子832003)

粉煤灰指燃煤電廠從煙道氣體中收集的細灰，主要成分是 SiO2、Al2O3、Fe2O3和少量的 MgO、Na2O、K2O等，隨著工業的發展，粉煤灰的排放量越來越大，如果處置不當會對環境造成危害［1－6］。

本論文以新疆石河子天業集團熱電廠粉煤灰為原材料，利用超聲－微波法合成分子篩，應用于污染廢水中重金屬離子的吸附，重點研究介孔分子篩對污染廢水中Cu2+、Cr6+等重金屬離子的吸附，為廢水處理提供理論和實驗依據。

1 實驗部分

1.1 原材料及儀器

原材料:粉煤灰，新疆石河子天業集團熱電廠(主要成分為:SiO2:35%，Al2O3:24%，Na:4.5%，Ca:12.6%等)，無水碳酸鈉、濃鹽酸、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、雙氧水均為分析純。

儀器:集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，AVATAR360紅外光譜儀;NN-MX25WF型微波反應器。

1.2 實驗內容

1.2.1 粉煤灰的預處理

將一定量的粉煤灰與無水碳酸鈉分別過300目篩，按照質量比為2∶3混合均勻，850℃下焙燒2.5h，冷卻，以質量比為1∶4的比例與2mol/L的鹽酸混合，滴加少許雙氧水，80℃下恒溫1h，調節pH值至中性，抽濾，干燥，備用。

1.2.2 介孔分子篩的合成

稱取一定量預處理后的粉煤灰，按照n(SiO2)∶n(CTAB)∶n(H2O)=1 ∶0.15 ∶100 比例混合［7－8］，調節pH值，放入超聲儀中陳化一定時間，移入微波爐內晶化一定時間，抽濾，干燥，放入SXT－4－14－4箱式梯度爐中由室溫程序升溫至550℃燒結除去模板劑［9－12］，得到產品。

1.2.3 分析方法

用原子吸收分光光度法(AAS)測吸附后水樣中 Cu2+、Cr6+濃度。

去除率計算公式如下:

式中:C0—金屬離子的初始濃度，mg/L;Ce—取樣時金屬離子吸附平衡濃度，mg/L。

2 結果與討論

2.1 pH值對介孔分子篩合成的影響

由圖1可知，樣品對Cu2+和Cr6+的去除率隨著溶液pH值的增大呈先上升然后略有下降的趨勢，當pH值在11左右的時候，Cu2+和Cr6+的去除率達到最大。

圖1 溶液pH值對Cu2+和Cr6+的去除率的影響Fig.1 Effect on removal rate(Cu2+and Cr6+)with pH

2.2 超聲陳化時間對介孔分子篩合成的影響

由圖2可知，合成介孔分子篩樣品對Cu2+和Cr6+的去除率隨著超聲陳化時間的的延長呈先上升然后略有下降，再逐漸趨于平緩，超聲陳化時間在90min的時候，Cu2+和Cr6+的去除率達到最大。

圖2 超聲陳化時間對Cu2+和Cr6+的去除率的影響Fig.2 Effect on removal rate(Cu2+and Cr6+)with ultrasonic time

2.3 微波時間對介孔分子篩合成的影響

由圖3可知，合成介孔分子篩樣品對Cu2+和Cr6+的去除率隨著微波晶化時間的的延長呈先上升然后逐漸趨于平緩，當微波晶化時間在10min～15min的時候，Cu2+和Cr6+的去除率達到最大。

圖3 微波時間對Cu2+和Cr6+的去除率的影響Fig.3 Effect on removal rate(Cu2+and Cr6+)with microwave time

綜上所述，當溶液pH值調節至11，控制超聲陳化時間在90min和微波晶化時間在10min～15min時，合成介孔分子篩樣品對Cu2+和Cr6+的去除率可達到92%以上。

2.4 產品的X衍射分析

由圖4可知:在2θ為21°和35°處出現兩個較強衍射峰，且峰面積比較對稱，說明樣品結晶度較高，和典型的介孔分子篩圖譜較一致。

圖4 樣品的XRD圖Fig.4 XRD for the sample

2.5 產品掃描電鏡分析

由圖5可知，合成的產品為顆粒度非常細小的片狀微晶聚集而成，晶型較好而且粒度均勻。

圖5 產品的掃描電鏡圖Fig.5 SEM image of product

3 結論

通過新疆天業集團熱電廠廢棄物粉煤灰為原料采用微波超聲法合成出了介孔分子篩，研究了用合成的介孔分子篩樣品吸附處理廢水中常見的重金屬離子Cu2+和Cr6+。得到粉煤灰預處理工藝∶以堿灰比為3∶2混合，高溫焙燒和水浴酸溶的方法除去雜質，通過微波超聲法來合成介孔分子篩，得到:溶液pH值為11，超聲陳化時間為90min和微波晶化時間為10min時，合成的介孔分子篩樣品對Cu2+和Cr6+的去除率可達到92%以上。

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