铝灰渣制备水滑石及其吸附性能研究

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在铝工业中,铝灰渣为不可避免的副产物,由于其复杂多样的成分,不符合将重新投入铝材生产的达标,但是将其随处堆放或掩埋,则会污染环境和影响人类健康,并会造成铝资源的浪费。铝灰渣作为固体废弃物,其中含有丰富的铝资源,因此如何将铝灰渣进行综合利用,产生具有价值的产品,这将具有非常重要的现实意义。本文拟以铝灰渣为原料合成锌铝水滑石。首先对来自不同铝型材厂的铝灰渣进行X荧光射线元素分析,得出铝灰渣中铝元素含量在28%~52%,以及使用X射线衍射分析其物相,分析得出铝的主要存在形式为铝单质、氧化铝、氮化铝和镁铝尖晶石等。通过扫描电镜观察到铝灰渣的形貌团聚严重的块状形貌。然后对铝灰渣使用盐酸和氢氧化钠两种提取剂进行提取,通过X射线衍射对比提取前后发现含铝相关的物相基本消失,说明大部分铝已经被提取。并使用ICP测量两种提取液铝的含量,使用氢氧化钠提取液时,铝含量为14.03g/L;使用盐酸提取液时,铝含量为13.82g/L,与使用氢氧化钠提取剂比较,存在更多种类及含量的杂质。由于提取液中,含有多种非Al金属离子,通过选取二价镁离子(Mg2+)和三价铁离子(Fe3+)验证铝灰渣中的杂质离子对合成锌铝水滑石的影响,得出以下结论:Mg2+和Fe3+加入对XRD图谱峰的相对强度有一定的影响,随着加入量的增大,相对强度略有下降。根据结构参数算出Mg2+和Fe3+对于晶面间距和晶胞参数的影响较小,而对于a轴和c轴方向的晶粒尺寸影响较大,随着杂质离子的增多,呈下降的趋势,而这两种下降趋势在使用碱性提取液合成和酸性提取液合成的锌铝水滑石中也得到体现。另外从SEM图中得出Mg2+和Fe3+加入以及使用碱性和酸性提取液合成的锌铝水滑石形貌影响较小。根据上述实验得出,使用铝灰渣合成锌铝水滑石影响较小情况下,探究其反应温度和反应时间对水滑石的影响得出结论为随着合成时间的延长,XRD结果显示峰相对强度增加,特别是对003晶面的峰增加显著,晶粒尺寸也随着增大。随着合成温度的增高,XRD结果显示衍射峰强度下降,并且在150℃时样品开始出现杂峰,170℃时已经不存在水滑石的特征峰。另外结果显示使用碱提取液合成的锌铝水滑石结晶度更好,原因是由于碱提取液中含杂质金属离子较少。使用不同条件下合成的水滑石对F-的吸附量表现差异,合成温度对吸附量的影响显著;在使用碱提取液合成的锌铝水滑石反应时间为6h,反应温度为130℃时的吸附量最大,为18.3mg/g。并根据行业标准HG/T 5549—2019对所合成的锌铝水滑石进行检测,测定结果其符合一等品的要求。最后探究其对氟离子的吸附行为。结果显示在20h时达到吸附平衡,LDHs(OH-)的吸附容量为19.35mg/g,LDHs(H+)吸附容量为19.09mg/g;使用准一级附动力学和准二级动力学拟合,得到拟合结果显示更符合准二级动力学,表明控制吸附效率的机制为化学吸附;采用Langmuir等温线及Freundlich吸附等温方程模型对吸附数据进行拟合,拟合结果显示更符合Langmiur等温吸附;另外吸附温度能提升LDHs(OH-)和LDHs(H+)对氟离子的吸附容量,但提升效果不显著。
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