【摘 要】
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生物质飞灰是生物质电厂产生的固体废物,其产量大、缺乏大规模利用方法,常用处理方法为回填矿坑或直接填埋。本文以黑龙江某生物质电厂产生的生物质飞灰为研究对象,该灰由60%稻壳、20%秸秆、20%林下物组成的生物质经循环流化床燃烧产生。其SiO2含量高达75%,是制备高附加价值硅基产品的理想原料。SiO2气凝胶因具有高比表面积、低导热性、高孔隙率等优异性能而被广泛关注,以生物质飞灰为原料制备SiO2气凝
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生物质飞灰是生物质电厂产生的固体废物,其产量大、缺乏大规模利用方法,常用处理方法为回填矿坑或直接填埋。本文以黑龙江某生物质电厂产生的生物质飞灰为研究对象,该灰由60%稻壳、20%秸秆、20%林下物组成的生物质经循环流化床燃烧产生。其SiO2含量高达75%,是制备高附加价值硅基产品的理想原料。SiO2气凝胶因具有高比表面积、低导热性、高孔隙率等优异性能而被广泛关注,以生物质飞灰为原料制备SiO2气凝胶既实现生物质飞灰的高附加价值化利用,又能减少对环境的污染。因此,本文对生物质飞灰制备SiO2气凝胶工艺方法进行了一系列探究,以期为生物质飞灰大规模利用提供一定的理论和实验参考。主要包括以下四个方面研究:采用生物质飞灰制备水玻璃,从单因素实验设计到正交实验设计,全面探究Na OH浓度、反应时间、反应温度、固液比等因素对水玻璃模数和SiO2溶出率的影响,优化制备参数。研究确定在Na OH浓度1mol/L、固液比1:4、反应时间4小时、反应温度120℃的条件下,SiO2的溶出率和水玻璃模数最优,分别为55.8%和2.47。为缩短工艺时间,以自制水玻璃为硅源,三甲基氯硅烷（TMCS）为改性剂制备SiO2气凝胶,探究四种制备方法以及改性时间对SiO2气凝胶结构和性能的影响。综合考虑时间成本和气凝胶性能,确定最佳制备方法为:将水玻璃经阳离子交换树脂后凝胶,再经乙醇置换、改性、干燥制得SiO2气凝胶。采用此制备方法,当改性时间达到16h时,醇凝胶基本完成疏水改性,制备的SiO2气凝胶比表面积达到532.4m~2/g,孔体积达到2.262cm~3/g,接触角143°,热稳定温度为393℃,具有良好的疏水性和热稳定性。分别以正硅酸乙酯、自制水玻璃、商品化水玻璃为硅源制备SiO2气凝胶,探究硅源对SiO2气凝胶性能的影响,研究表明:以正硅酸乙酯为硅源制备的SiO2气凝胶性能最好,比表面积高达769 m~2/g,孔体积为1.939cm~3/g,在450℃之前保持较高的热稳定性,接触角为152°,属于超疏水材料。以自制水玻璃、商品化水玻璃为硅源制备的SiO2气凝胶性能接近,比表面积保持在535-545 m~2/g,接触角保持在145°左右,疏水性能接近,在400℃之前皆保持较高的热稳定性,证明以生物质飞灰为原料制备的SiO2气凝胶与商品化水玻璃制备的SiO2气凝胶无明显差距。对生物质飞灰制备SiO2气凝胶工艺产生的废渣和废液进行了理化分析,并根据其物理化学性能,通过查阅文献资料,提出了进一步的处理与利用方案。
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