堿改性煤矸石吸附劑的制備條件

楊 琦，安 然，李 平

（銀川能源學(xué)院石油化工學(xué)院，寧夏銀川 750105）

堿改性煤矸石吸附劑的制備條件

楊 琦，安 然，李 平

（銀川能源學(xué)院石油化工學(xué)院，寧夏銀川 750105）

本文采用固體堿對煤矸石進行改性，經(jīng)過粉碎、焙燒、添加固體堿、焙燒制得煤矸石基吸附劑。實驗結(jié)果表明最佳制備條件為煤矸石與氫氧化鈉質(zhì)量比1∶1.5，焙燒溫度為600℃，焙燒時間為1.5 h。在最佳條件下，煉油廢水CODcr的去除率可達95.27%。

煤矸石；改性；吸附劑

水污染是我國面臨的環(huán)境問題之一。隨著我國石油化工行業(yè)的發(fā)展，煉油廢水的排放量逐年上升[1]，它的組成復(fù)雜多樣，危害性大。煤矸石是與煤層伴生的一種含碳量較低的巖石，由于沒有得到有效的再生利用，長期露天堆放，造成了環(huán)境危害[2-4]。若能利用煤矸石處理煉油廢水，以廢治廢，既能簡化廢水處理工藝，又解決了煤矸石堆積污染環(huán)境的問題，將能達到雙贏[5，6]。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

主要試劑：氫氧化鈉、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、硫酸銀、重鉻酸鉀、濃硫酸、1，10-菲羅啉，以上藥品均為分析純。

主要儀器：粉碎制樣機GJ-1型、干燥箱101V型、箱式電阻爐SX5-12、油浴鍋XMTD-702。

主要分析儀器：X射線衍射儀Dmax200PC型、掃描電子顯微鏡KYKY2800B。

1.2 吸附劑制備

將粉碎好用200目篩子過篩后的煤矸石稱取10 g，放入馬弗爐中在800℃焙燒2 h后，加入一定比例的NaOH，在不同的溫度條件下分別焙燒不同的時間，即可得到吸附劑。把以上條件下制備得到的吸附劑分別稱取1.0 g加入50 mL煉油廢水中，在常溫下靜態(tài)吸附1 h后，用重鉻酸鉀法測量CODCr。原污水CODCr為1 692 mg/L，吸附后CODCr去除率最高的條件即為最佳制備條件。

1.3 吸附劑性能測定化學(xué)耗氧量CODCr依據(jù)國標GB11914-89測定：

2 實驗結(jié)果與討論

由于煤矸石原樣性質(zhì)穩(wěn)定不具備吸附能力，主要通過改性使其具備吸附重金屬離子和有機物的能力[7，8]，通常采用的改性方法有：水蒸氣處理、熱處理、酸堿處理和添加助劑處理等方法[9]。本文主要采用熱處理和添加氫氧化鈉進行改性處理，其影響因素主要有焙燒溫度、焙燒時間和與氫氧化鈉的比例關(guān)系等[10]。通過單因素實驗篩選吸附劑最佳制備條件。

2.1 焙燒溫度對吸附性能影響

圖1 焙燒溫度對吸附效果的影響

由圖1可以看出，隨著焙燒溫度的升高，CODcr去除率也隨之增加；在600℃下去除率達到95.27%，而后逐漸減小。

煤矸石與氫氧化鈉混合物在焙燒過程中，隨著溫度的增加，煤矸石中的Al2O3、SiO2與NaOH反應(yīng)的作用下，以Al2O2-、SiO32-形式析出，析出后形成硅鋁酸鈉，硅鋁酸鈉具有吸附作用。煤矸石內(nèi)部具有均一的孔狀結(jié)構(gòu)，而溶出Al2O3、SiO2后的煤矸石孔的數(shù)量及吸附位都增多，使得煤矸石吸附性能變好。而溫度過高，會使吸附位減少；孔容積增加，比表面積減少。

2.2 焙燒時間對吸附性能影響

由圖2可以看出，隨焙燒時間的增加，CODCr去除率先增高后降低。這是由于煤矸石與氫氧化鈉隨時間反應(yīng)深度在增加，隨反應(yīng)深度加深，煤矸石內(nèi)部的孔容積增加，比表面積降低，吸附效果降低。在焙燒溫度、氫氧化鈉與煤矸石混配一定時，焙燒1.5 h時吸附效果最好，為最佳焙燒時間。

圖2 焙燒時間對吸附性能的影響

2.3 煤矸石與NaOH比例對吸附性能影響由圖3可知，隨煤矸石與NaOH配比的增加，

圖3 煤矸石與NaOH配比對吸附性能的影響

CODCr去除率在1∶0.5之前增加，在1∶0.5之后下降。這

是由于隨著配比的增加，煤矸石與氫氧化鈉反應(yīng)的越充分，孔容增加，比表面積增加；增加到一定程度，氫氧

化鈉嚴重腐蝕煤矸石，使煤矸石孔容增加，比表面積下降，吸附效果變差。在焙燒溫度、時間一定時，煤矸石與

氫氧化鈉的質(zhì)量比為1∶0.5時，吸附效果最好。

2.4 BET分析（見表1）

表1 BET分析檢測報告

圖4 吸附劑放大5 000倍和50 000倍SEM圖

BET分析結(jié)果表明制備的吸附劑BET比表面積為8.22 m2/g，孔容為2.013 436 cm3/g，孔徑13.786 7 nm。

2.5 SEM分析

將吸附劑分布放大5 000倍和50 000倍，觀察其表面形態(tài)（見圖4）。從SEM圖可知吸附劑表面呈現(xiàn)出凹凸不平，顆粒大小不一，為其良好的吸附性能提供了基礎(chǔ)。XRD和SEM表征分析表明吸附劑性能良好。

3 結(jié)論

制備吸附劑的最佳條件為煤矸石與氫氧化鈉質(zhì)量比1∶1.5，焙燒溫度為600℃，焙燒時間為1.5 h。在最佳條件下，CODcr的去除率可達95.27%。

［1］ 楊文超.煉油廢水處理的現(xiàn)狀問題及對策分析［J］.化工管理，2015，（13）：131.

［2］ 楊越.我國煤矸石堆存現(xiàn)狀及其大宗量綜合利用途徑［J］.中國資源綜合利用，2014，（6）：18-22.

［3］ 李永生，等.煤矸石及其綜合利用［M］.徐州∶中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006：1-23.

［4］ 郭彥霞，等.煤矸石綜合利用的產(chǎn)業(yè)化及其展望［J］.化工學(xué)報，2014，（7）：2443-2453.

［5］ 王新偉，等.煤矸石堆放對土壤環(huán)境PAHs污染的影響［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2013，（11）：3092-3100.

［6］ 冷發(fā)光.煤矸石綜合利用的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.四川建筑科學(xué)研究，2000，（2）：44-46.

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［8］ 王斌，張冬健，等.煤矸石綜合利用的研究概述［J］.煤炭加工與綜合利用，2013，（3）：77-80.

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未來10年我國風(fēng)電裝機容量將增長約403吉瓦

根據(jù)能源咨詢公司MAKE Consulting的最新報告，未來10年，我國的每年新增風(fēng)電裝機容量將達到25吉瓦，這一數(shù)字將在未來10年累計增長約403吉瓦。

報告指出，截至2016年年底，我國新增風(fēng)電裝機容量達23吉瓦，累計裝機容量達168.7吉瓦，2015年新增風(fēng)電裝機容量達到30.5吉瓦。該報告顯示，今年第一季度，我國風(fēng)電裝機容量比去年同期增長了13%，使我國的風(fēng)力發(fā)電能力達到了151吉瓦。同時，報告預(yù)計到2026年，我國累計的海上風(fēng)力發(fā)電能力將達到26吉瓦。

（摘自中國石油報第6878期）

Study on preparation of alkali modified coal gangue adsorben

YANG Qi，AN Ran，LI Ping
（Department of Petrochemical Technology Yinchuan Institute of Energy，Yinchuan Ningxia 750105，China）

In this paper,coal gangue was modified by solid base,coal gangue based adsorbent was obtained by crushing,roasting,adding solid alkali and roasting.The experimental results showed that the optimum preparation condition was that the mass ratio of gangue to sodium hydroxide was 1∶1.5,the calcination temperature was 600 ℃,and the calcination time is 1.5 h.Under optimum conditions,the removal rate of COD could reach 95.27%.

coal gangue；modified；adsorbent

TQ424.26

A

1673-5285（2017）07-0117-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.07.026

2017－06-08

寧夏回族自治區(qū)2016年大創(chuàng)項目，項目編號：NXCX2015372。