煤气化渣制备单相Y型分子筛及其对废水中Cr6+的吸附研究

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随着经济、科技等领域的高速发展,使得能源的供给转化方式不断更新。而我国富煤、贫油、少气的能源结构以及当下的经济需求,促进了煤化工行业的迅猛发展,从而导致了煤气化渣的年排放量空前增加。然而,现阶段煤气化渣的处理方式多为推存和填埋,工业应用规模较小,其大量堆存导致了生态环境污染和土地资源浪费,更为重要的是大量堆存的煤气化渣会间接危害当地居民的健康生活环境,这对煤化工企业的可持续发展也带来了诸多挑战。因此,煤气化渣的处理迫在眉睫。针对煤气化渣产量大、工业应用较少、急需处理的现状以及其自身富含硅铝碳资源的特殊属性。本文通过对煤气化(粗)渣理化性质的研究,探索一种高效、经济、环保的煤气化渣高附加值、再生资源化的应用方案;利用煤气化(粗)渣Si、Al含量高的特性,将其制备成Y型沸石分子筛产品。采用XRF、BET、XRD、SEM、FT-IR、TG-DSC等测试技术进一步分析表征目标产物Y分子筛,并优化其制备工艺参数。其次,利用产物Y型分子筛所具有的独特三维孔道、比表面积较大等特性,将其应用于废水中重金属Cr6+的吸附研究。(1)煤气化渣(CGS)的X射线荧光分析(XRF)显示其自身所含杂质种类较多,其中钙、铁占比最高。采用物理化学法在预处理阶段去除铁和钙等金属杂质,除杂结果表明:最佳酸浸浓度为4 mol·L-1,煤气化渣与盐酸的固液比为1:3,在80℃恒温水浴处理2 h并采用磁力搅拌,所得除杂后的产物Fe2O3含量仅为2.66 wt%,CaO含量仅为1.13 wt%。(2)经过预处理的煤气化渣采用高温碱熔-水热法制备得到了 Y型分子筛。通过FT-IR、XRD、BET、SEM、TG-DSC等测试技术,对合成的分子筛样品进行物相结构、比表面积、孔体积、形貌等表征分析。最佳实验参数条件为:CGS:NaOH为1:1.2,焙烧温度为650 ℃,焙烧时间2 h,导向剂含量2 mL,在80℃条件下晶化12 h即可得到Y型分子筛。(3)以煤气化渣制备Y型分子筛的最佳实验条件为基础,以煤气化渣中实际杂原子金属含量为基准,探究K2O、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、Na2O等杂原子金属对合成Y型沸石分子筛的影响。研究结果表明:适当的Na2O、K2O、MgO可以加速诱导成核,缩短晶化时间,提高分子筛结晶度。相反,Fe2O3、CaO、TiO2等金属氧化物会影响Y分子筛的合成,降低其结晶度。(4)研究了 CGS合成的Y分子筛对废水中Cr6+的吸附性能。通过研究吸附时间、吸附温度、废液初始浓度和PH值、振荡速率、Y分子筛的用量以及Y分子筛类型对Cr6+吸附性能影响,并得到最优吸附条件。
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