• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      Na2CO3 活化粉煤灰合成沸石及去除Cu2 + 性能

      2015-12-24 03:31:22曹月坤陳文藝鄧慧白云張志強
      應用化工 2015年7期
      關鍵詞:水熱法水熱水浴

      曹月坤,陳文藝,鄧慧,白云,張志強

      (遼寧石油化工大學 化學化工環(huán)境學部,遼寧 撫順 113001)

      粉煤灰的化學活性來源于其中的玻璃相物質,玻璃體含量越高特別球形顆粒越多,粉煤灰活性越高,天然條件下火山灰中的玻璃相物質在熱的地下水作用下形成沸石。但是粉煤灰中的玻璃體[SiO4]4-聚合度高,化學穩(wěn)定性高,常溫常壓下難以解聚,常用的化學激發(fā)法有酸激發(fā)、堿激發(fā)、硫酸鹽激發(fā)、氯鹽激發(fā)等[1],粉煤灰中的玻璃相為酸性氧化物,在堿性環(huán)境中最容易激發(fā)[2]。依據(jù)合成過程中是否有水的介入可以將堿性活化法分為干法和濕法。Park 等[3]利用堿(NaOH、KOH)作礦化劑,鹽(NaNO3、KNO3、NH4NO3)作穩(wěn)定劑,制備了不同類型的沸石產(chǎn)品。Otala 等[4]發(fā)現(xiàn)粉煤灰沸石的離子吸附能力優(yōu)于天然沸石。常用的堿性試劑有NaOH、Na2CO3、KOH 等,其中Na2CO3比NaOH 和KOH 的成本要低[5]。粉煤灰堿性活化合成沸石是粉煤灰高值化利用的一個重要方向。

      冶金、電鍍、印染等工業(yè)廢水中存在大量的銅離子,多量的攝入銅離子或銅離子在人體內的累積會對肝臟等器官造成損傷,并且引發(fā)血色?。?]。我國的一級廢水排放標準要求銅離子含量低于0.50 mg/L[7]。近年來粉煤灰及其合成材料成為去除重金屬離子的研究熱點[8]。本文以活化粉煤灰對銅離子的去除能力為指標,比較了采用不同堿性活化方法(高溫熔融法、水熱法、加壓水熱法)Na2CO3對粉煤灰的活化作用,考察了水熱溫度、壓力、Na2CO3濃度、液固比、水熱時間等因素對Na2CO3堿性活化粉煤灰的影響,利用XRD 和SEM對活化產(chǎn)物進行了表征。

      1 實驗部分

      1.1 原料與儀器

      粉煤灰取自撫順某電廠,其成分見表1。粉煤灰主要化學成分SiO2和Al2O3共占81.92%,適合作為合成沸石的原料。無水碳酸鈉、40%乙醛溶液、氯化銨、雙環(huán)己酮草酰二腙(BCO)、硫酸銅均為分析純。

      表1 粉煤灰原料的化學組成Table 1 Chemical composition of raw coal fly ash

      UV1102 紫外/可見光分光光度計;SXL-1208 型程控箱式電爐;HZQ-C 空氣浴振蕩器;Dk-S26 型電熱恒溫水浴鍋;JED-2300 型掃描電鏡;D/MAX2200型X-射線衍射分析儀。

      1.2 合成方法

      1.2.1 高溫熔融法( HTC) 將烘干后的粉煤灰樣品過200 目篩,取10 g 粉煤灰與8 g Na2CO3固體研末混合均勻后放入坩堝中,在程控箱式電爐中不同溫度下(200 ~850 ℃)煅燒2 h 后得到熟料,冷卻研細。

      1.2.2 水熱法( HT) 將烘干后的粉煤灰樣品過200 目篩,取10 g 粉煤灰加入100 mL 2.0 mol/L 的Na2CO3溶液中,不同溫度下水浴5 h 后,常溫下均勻攪拌,陳化24 h,洗滌、干燥,50 ℃烘干得到樣品。

      1.2.3 加壓水浴法( HTP) 將烘干后的粉煤灰樣品過200 目篩,取10 g 粉煤灰加入100 mL 不同濃度的Na2CO3溶液中(0.5 ~2.5 mol/L),置于密封加壓反應釜中,不同溫度下(70 ℃自生壓為0.027 MPa,80 ℃自生壓為0.032 MPa,90 ℃自生壓為0.038 MPa,100 ℃自生壓為0.042 MPa)水浴5 h后,常溫下均勻攪拌,陳化24 h,洗滌、干燥,50 ℃烘干得到樣品。

      1.3 銅離子吸附實驗

      將0. 2 g Na2CO3活化后的粉煤灰樣品加入100 mL Cu2+溶液中,25 ℃下振蕩吸附24 h,離心分離后取上層清液,測定殘余Cu2+濃度。Cu2+濃度分析采用雙環(huán)己酮草酰二腙(BCO)分光光度法[9]在540 nm 下測定。去除率的計算公式為:

      其中,C0是Cu2+的初始濃度,Ce是Cu2+的平衡濃度。

      2 結果與討論

      2.1 合成方法

      圖1 為堿性活化方法中的典型干法——高溫熔融法(HTC)得到的Na2CO3活化粉煤灰對初始濃度2 mg/L Cu2+的去除效果。

      圖1 高溫熔融法(HTC)Na2CO3 活化粉煤灰對Cu2+的去除Fig.1 Removal of Cu2+ by Na2CO3 activated flyash through high temperature calcined method

      由圖1 可知,各個煅燒溫度下Na2CO3活化粉煤灰對Cu2+的去除率均比較低,并且隨溫度上升明顯下降。200 ℃煅燒的粉煤灰去除率最高,只有61.8%,850 ℃煅燒的粉煤灰的去除率僅0.612%,可能是煅燒溫度過高,破壞粉煤灰的活性所致。

      沸石屬于化學熱力學介穩(wěn)相,Murayama 等[10]的實驗表明溫度和壓力對沸石的結構及其穩(wěn)定性有顯著影響,低溫常壓下獲得的沸石品種單一。因此,本文使用不高于100 ℃的溫度進行水熱反應。圖2為堿性活化方法中的典型濕法——水熱法(HT)和加壓水浴法(HTP)得到的Na2CO3活化粉煤灰對初始濃度60 mg/L Cu2+的去除效果。

      圖2 水熱法(HT)和加壓水熱法(HTP)Na2CO3 活化粉煤灰對Cu2+的去除Fig.2 Removal of Cu2+ by Na2CO3 activated flyash through hydrothermal and hydrothermal assisted pressure method

      由圖2 可知,水熱法的效果明顯好于圖1 中的高溫熔融法,活化后的粉煤灰對Cu2+的去除率呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢,不論是否加壓,均在90 ℃達到最高值。加壓水浴得到的活化粉煤灰對Cu2+的去除率高于常壓水浴法的產(chǎn)品。

      2.2 Na2CO3 濃度的影響

      圖3 為不同Na2CO3濃度條件下,活化粉煤灰對初始濃度60 mg/L Cu2+的去除效果。

      圖3 Na2CO3 濃度對活化粉煤灰去除Cu2+的影響(HTP 法)Fig.3 Effect of Na2CO3 concentration on removal of Cu2+ by activated flyash through hydrothermal assisted pressure method

      由圖3 可知,活化粉煤灰對Cu2+的去除率隨堿濃度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,并且在0.2 mol/L Na2CO3時去除率達到最大值。Na2CO3濃度的改變實際上改變了溶液的堿度和OH-/SiO32-的摩爾比。OH-/SiO32-的提高可以改變原料物種在合成體系中的聚合態(tài)及分布,在相同的晶化時間和溫度下提高沸石的結晶度,但過高的OH-濃度反而會破壞沸石的結構骨架[11],造成凝膠粒子的絮凝[12]。

      2.3 液固比的影響

      圖4 為不同液固比條件下Na2CO3活化粉煤灰對初始濃度60 mg/L Cu2+的去除效果。

      圖4 液固比對Na2CO3 活化粉煤灰去除Cu2+的影響(HTP 法)Fig.4 Effect of liquid/solid ratio concentration on removal of Cu2+ by activated flyash through hydrothermal assisted pressure method

      由圖4 可知,活化粉煤灰對Cu2+的去除率隨液固比的增加變化不大,當液固比為10∶1 mL/g 時活化粉煤灰的去除率略高于其它值。液固比影響粉煤灰的溶解和Si3+、Al3+的釋放,影響溶液中沸石晶體的結晶度,當液固比達到形成沸石晶體結構所需要的閾值時,高液固比下沸石的收率也不能增加[13]。Tomasz 等[14]在低液固比0.25 L/g 條件下用水熱法合成了NaP1 型沸石。

      2.4 水熱時間的影響

      圖5 為不同水熱時間時Na2CO3活化粉煤灰對初始濃度200 mg/L Cu2+的去除效果。

      圖5 水熱時間對Na2CO3 活化粉煤灰去除Cu2+的影響(HTP 法)Fig.5 Effect of hydrothermal time concentration on removal of Cu2+ by activated flyash through hydrothermal assisted pressure method

      由圖5 可知,活化粉煤灰對Cu2+的去除率隨水熱時間的增加而緩慢增加,當水熱時間達到2 h 后去除率的值趨于穩(wěn)定。水熱反應過程中硅鋁凝膠晶化形成沸石晶體,因此,在相同溫度下,成核速率決定晶化時間的長短,而成核速率取決于沸石的骨架結構單元和密度。不同類型的沸石晶體的成核速率不同,王焰新等的研究表明NaP1 型沸石的形成速度比方沸石和菱沸石要快[15]。

      2.5 樣品表征

      圖6 為溫度90 ℃,自生壓0.038 MPa,Na2CO32.0 mol/L,液固比10∶1 mL/g,水熱時間2 h 條件下合成樣品的XRD 圖譜。出現(xiàn)在16.51,27.49,30.74,33.46°等處的衍射峰與NaP 型沸石的特征峰[15]相吻合,說明粉煤灰HTP 法合成的新物質主要是NaP 型沸石。并且本文使用的粉煤灰SiO2/Al2O3=3.67,研究表明此硅鋁比為合成NaP 型沸石的最佳條件[16]。P 型沸石是具有Gismodine 型的結晶硅鋁酸鹽,通常具有8 元環(huán)二維交叉孔道體系,在[100]和[101]方向孔徑分別為0. 31 nm ×0. 44 nm 和0.28 nm×0.49 nm[17],但是水合Cu2+半徑較大,為0.419 nm[18],不易進入到P 型沸石的孔道之中。本文制備的P 型沸石對Cu2+較強的吸附能力來源于Cu2+對沸石表面吸附的Na+的置換,Garca-Sancheza等發(fā)現(xiàn)P 型沸石對單價和雙價金屬離子有較強的吸附能力[5]。

      圖6 Na2CO3 活化粉煤灰的XRD 譜圖Fig.6 XRD pattern of Na2CO3 activated flyash

      3 結論

      (1)以粉煤灰為原料,Na2CO3為激發(fā)劑,采用高溫熔融法、水熱法和加壓水熱法對粉煤灰進行活化。對Cu2+的吸附實驗表明加壓水熱法合成的沸石去除效果最好。

      (2)加壓水熱法制備條件中,水熱溫度、Na2CO3濃度、水熱時間對合成沸石去除Cu2+的性能影響較大,而液固比影響不明顯。

      (3)XRD 表明加壓水熱法制備的沸石為NaP 型沸石,對Cu2+的吸附機理與陽離子交換有關。

      [1] 方軍良,陸文雄,徐彩宣.粉煤灰的活性激發(fā)技術及機理研究進展[J]. 上海大學學報:自然科學版,2002,8(3):255-260.

      [2] 王智,錢覺時,盧浩.石灰對粉煤灰活性激發(fā)作用的研究進展[J].粉煤灰綜合利用,1999(1):27-30.

      [3] Man Park,Choong Lyeal Choi,Woo Taik Lim,et al.Molten-salt method for the synthesis of zeolitic materials I.Zeolite formation in alkaline molten-salt system[J]. Microporous and Mesoporous Materials,2000,37:81-89.

      [4] Otala E,Vilchesa L F,Morenob N,et al. Application of zeolitised coal flyashes to the depuration of liquid wastes[J].Fuel,2004(1):1-7.

      [5] 傅明星,譚宏斌,郭從盛,等. 粉煤灰制備P 型沸石及吸附性能研究[J].硅酸鹽通報,2009,28(3):468-472.

      [6] Bouzid J,Elouear Z,Ksibi M,et al. A study on removal characteristics of copper from aqueous solution by sewage sludge and pomace ashes[J].Journal of Hazardous Materials,2008,152:838-845.

      [7] 程婷,陳晨,王志良,等. 粉煤灰甲基沸石對銅離子的吸附研究[J].粉煤灰綜合利用,2013,4:6-13.

      [8] 白志民,楊靜,丁浩.硅酸鹽固體廢棄物應用的研究進展Ⅰ-粉煤灰應用研究新成果[J]. 硅酸鹽學報,2007,35(S1):172-179.

      [9] 姚杏明.雙環(huán)己酮草酰二腙法測定銅[J].化工環(huán)保,1989,9:122-123.

      [10]Murayama N,Yamamoto H,Shibata J.Mechanism of zeolite synthesis from coal flyash by alkali hydrothermal reaction[J]. International Journal of Mineral Processing,2002,64:1-17.

      [11] 田震,李少華,杜志剛,等.以煤矸石為原料合成X 型沸石[J].非金屬礦,1997,6:31-32.

      [12]Barrer R M,Denny P J.Hydrothermal chemistry of the silicates,PartⅨ,Nitrogeneous aluminosilicates[J]. Journal of Chemistry Society,1996,6(16):971-982.

      [13] Gordon C C Yang,Yang Tsung-Yin. Synthesis of zeolites from municipal incinerator fly ash[J].Journal of Hazardous Materials,1998,62:75-89.

      [14] Tomasz T Waek,F(xiàn)umio Saito,Zhang Qiwu.The effect of low solid/liquid ratio on hydrothermal synthesis of zeolites from fly ash[J].Fuel,2008,87:3194-3199.

      [15]王焰新,郭永龍,楊志華,等. 利用粉煤灰合成沸石及其去除水中重金屬的實驗研究[J].中國科學(D 輯),2003,33(7):636-643.

      [16]周托,張忠孝,烏曉江,等. 粉煤灰合成沸石去除廢水中銅離子的研究[J].煤炭轉化,2011,34(2):76-81.

      [17]Yin X J,Zhu G S,Wang Z Y,et al.Zeolite P/NaX composite membrane for gas separation[J]. Microporous and Mesoporous Materials,2007,105:156-162.

      [18] Steenbruggen G,Hollman G G. The synthesis of zeolites from fly ash and the properties of the zeolite products[J].Journal of Geochemical Exploration,1998,62:305-309.

      猜你喜歡
      水熱法水熱水浴
      水熱法原位合成β-AgVO3/BiVO4復合光催化劑及其催化性能
      陶瓷學報(2021年5期)2021-11-22 06:35:00
      冰水浴
      暢談(2018年6期)2018-08-28 02:23:38
      基于STM32的恒溫水浴溫度檢測與控制系統(tǒng)設計
      水熱還是空氣熱?
      水熱法制備NaSm(MoO4)2-x(WO4)x固溶體微晶及其發(fā)光性能
      水熱法制備BiVO4及其光催化性能研究
      應用化工(2014年4期)2014-08-16 13:23:09
      水浴回流與超聲波輔助回流提取百合皂苷工藝比較研究
      簡述ZSM-5分子篩水熱合成工藝
      一維Bi2Fe4O9納米棒陣列的無模板水熱合成
      水熱法在無機非金屬粉體材料制備中的應用
      河南科技(2014年10期)2014-02-27 14:09:08
      韩城市| 诸城市| 崇左市| 咸阳市| 阿鲁科尔沁旗| 屏东市| 黎川县| 安多县| 北安市| 乐陵市| 奈曼旗| 沅江市| 临西县| 沛县| 博白县| 巴马| 寻甸| 西宁市| 南投县| 张家口市| 永春县| 沈丘县| 和静县| 化德县| 乐平市| 休宁县| 周宁县| 罗定市| 西吉县| 南江县| 会昌县| 阜新市| 阳城县| 皮山县| 华坪县| 青阳县| 密山市| 鸡泽县| 阜康市| 郸城县| 手机|