一种赤泥为原料制备活性勃姆石及氧化铝多孔微球的水热-热转化方法技术

本发明专利技术涉及一种赤泥为原料制备活性勃姆石及氧化铝多孔微球的水热‑热转化方法，通过提取赤泥中的铝元素，以其为基本铝源，在适量尿素存在条件下经120～210℃水热处理1.0～12.0 h制得AlOOH多孔微球（直径2.0～10.0μm，孔径2～80nm），再经中温焙烧得到形貌保持良好的Al2O3多孔微球（直径1.5～8.5μm，孔径4～120nm）。该方法以废弃赤泥中所含的铝为原料，合成出了性能优良、在水处理及工业催化等领域具有广阔应用前景的AlOOH/Al2O3多孔微球结构，不仅原料价廉易得、设备简单、工艺条件温和，且环境友好、易于放大生产。

【技术实现步骤摘要】
一种赤泥为原料制备活性勃姆石及氧化铝多孔微球的水热-热转化方法
本专利技术属于无机化工材料制备
，涉及一种赤泥为原料制备活性勃姆石及氧化铝多孔微球的水热-热转化方法。
技术介绍
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～1.5吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的废弃赤泥高达数千万吨。目前我国赤泥综合利用率仅为5%，据估计到2020年赤泥累积堆存量达5亿吨。废弃赤泥大量堆存，既占用土地，浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患。探究废弃赤泥的高附加值利用，符合国家资源节约和环境保护的基本国策，也有利于实现经济效应、社会效应和环境效应相统一。废弃赤泥中含有一定量的铝，从赤泥中提取铝继而促成其高附加值利用意义重大。对于赤泥中铝的提取，已有大量报道，多采用酸浸法提取铝。谢营邦等(CN103979592A)专利技术的一种从氧化铝生产废弃物赤泥中回收铝的方法中，以赤泥为原料加入硫酸溶出铝，再加入硫酸钾，最终铝以明矾（KAl(SO4)2·12H2O）的形式存在。王克勤等(CN102328942A)专利技术的氧化铝赤泥制备铝酸钠的方法中，以赤泥为原料加入盐酸溶出并富集铝得到铝酸钠溶液。张开元等(CN103626213A)专利技术的一种从赤泥中回收氧化铝的方法，以赤泥原料加入硫酸铵溶解得到氢氧化铝，再将其焙烧得到氧化铝。氧化铝作为一种非常重要的化工基础原料，已经被广泛用作催化剂、催化剂载体、吸附剂、磨料、填料等。近年来，三维多级多孔材料因其结构独特、比表面积大、密度小等优点已广泛应用于电化学、有机催化、污水处理等领域，备受科研工作者青睐。目前，已有大量报道关于三维AlOOH/Al2O3的合成。YongxingZhang等以二氧化硅球为模板，分析纯NaAlO2为原料，添加尿素，合成了AlOOH中空球(J.Mater.Chem.A,2016,4,838)。HuihuiHuang等以硫酸铝为原料，TX-100为表面活性剂并加入尿素，合成了海胆状的AlOOH中空微球(CrystEngComm，2015，17，1318）。JinchunXiao等以六水合氯化铝为原料，P123为表面活性剂且加入尿素，水热合成出由棒状组成的三维花状AlOOH结构，之后经煅烧得到形貌保持较好的三维花状氧化铝（RSCAdv.，2014，4，35077）。对于目前已报道合成三维氧化铝工艺中，原料皆为分析纯含铝酸盐，但是以废弃赤泥为原料，通过提取其中的铝作为铝源，合成具有多孔结构的、活性勃姆石（AlOOH）和氧化铝（Al2O3）功能材料尚未见公开报道。此外，已有专利或文献所涉及工艺往往还需高分子表面活性剂，后续过程处理繁琐，易造成环境污染，不符合环境友好工艺绿色的要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种以赤泥为原料，通过提取赤泥中的铝，合成活性勃姆石AlOOH和氧化铝Al2O3多孔微球的水热-热转化方法。通过调节尿素用量，调控水热处理温度和时间，实现多孔微球AlOOH的水热可控合成，之后再通过后续的中温焙烧，得到结晶度高、组成纯净、尺寸均一的活性多孔Al2O3微球。为达到上述目的，本专利技术技术方案如下：一种以赤泥为原料制备活性勃姆石（AlOOH）多孔微球的水热-热转化方法，包括以下步骤：(1)将赤泥与稀酸混合，加热并保温，得浆液；(2)将浆液离心分离，得到上清液A；(3)向上清液A中滴加碱溶液调节其pH值，得混合料液；(4)将混合料液离心分离，得到上清液B；(5)向上清液B中，加入尿素，混合均匀后搅拌得到反应液；(6)将反应液置于水热反应釜内，升温进行水热反应，然后冷却至室温并经洗涤、过滤和干燥，得到活性勃姆石多孔微球。步骤（1）中，所述稀酸为浓度2.0～4.0mol/L的稀硝酸、稀盐酸或稀硫酸，优选浓度为3～4mol/L。步骤（1）中，所述赤泥与稀酸的固液比为1:10～40g/mL，优选1:20～30g/mL；所述加热，温度为80～100℃，优选90°C～100°C；所述保温，时间为1.0～4.0h，优选2.0～3.0h。步骤（2）和（4）中，所述离心分离，转速为5000～8000rpm，时间为10～30min；优选，转速为7000～8000rpm，时间为10～15min。步骤（3）中，所述碱溶液，为浓度2～6mol/L的碱的水溶液，优选3～4mol/L；所述的水优选去离子水；所述的碱优选无机碱，更优选为氢氧化钠或氢氧化钾。步骤（3）中，所述pH值，范围为12.9～13.1。步骤（5）中，所述尿素，加入浓度为0.71～2.62mol/L，优选为0.80～2.50mol/L；所述搅拌，为磁力搅拌，速率为300～500rpm，时间为10～30min，优选15～20min。步骤（6）中，所述升温，速率为5～10℃/min，优选5～8℃/min；所述水热反应，为120～210℃反应1.0～12.0h，优选150～180℃反应4～8h。步骤（6）中，所述洗涤，为去离子水和乙醇依次各洗涤3～5次；所述过滤优选为抽滤，抽滤装置优选为布氏漏斗；所述干燥，温度为60～100℃干燥10.0～24.0h，优选65～80℃干燥12～15h。本专利技术上述方法制备的活性勃姆石多孔微球，由纳米片组装而成，粒径为2.0～10.0µm，粒径优选2.0～8.0µm，孔径为2～80nm。本专利技术还提供了一种以赤泥为原料制备氧化铝（Al2O3）多孔微球的的水热-热转化方法，将上述方法制备的活性勃姆石多孔微球进行焙烧，得到氧化铝（Al2O3）多孔微球。所述焙烧，升温速率为1～10℃/min，焙烧温度为550～750℃，焙烧时间为1.0～5.0h；优选地，升温速率为4～6℃/min，焙烧温度为600～700℃，焙烧时间为2.0～3.0h。所述氧化铝多孔微球，粒径为1.5～8.5µm，粒径优选2.0～8.0µm，孔径分为4～120nm。基于废弃赤泥堆放对环境造成的破坏以及当前对其高附加值利用技术的迫切需求，本专利技术提供了一种以废弃赤泥为原料，通过提取其中的铝作为铝源，在一定量沉淀剂存在条件下合成活性AlOOH和Al2O3多孔微球的水热-热转化工艺。本专利技术通过提取赤泥中的铝，并以其为反应物，加入一定量尿素直接水热，实现了勃姆石AlOOH多孔微球的可控合成，后经中温焙烧制得活性氧化铝Al2O3多孔微球，很好地保持了球形形貌。有望在含重金属离子或染料废水处理、负载催化等领域得到广泛应用。实验结果表明，本专利技术提供的方法制备得到的AlOOH多孔微球和Al2O3多孔微球结晶度高、组成纯净、尺寸均一，AlOOH微球粒径为2.0～10.0µm，Al2O3微球粒径为1.5～8.5µm。本专利技术经水热工艺优化所得的AlOOH微球组成纯净，形貌均一，尺寸均匀。AlOOH微球经中温焙烧即得到形貌保持良好的多级多孔Al2O3微球。该工艺原料价廉易得、操作简单、条件温和、能耗低，无需任何表面活性剂，固废资源化，变废为宝，使其变成高附加值的三维氧化铝微球，既充分回收利用了废弃赤泥中的金属铝，又合成出了在诸多领域应用前景广阔的三维多级多孔的AlOOH和Al2O3微球，为废弃赤泥资源化利用提供了一种新思路和解决方法，避免了传统三维材料合成过程中往往需要加入模板剂或诱导剂，导致后续处理工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以赤泥为原料制备活性勃姆石多孔微球的水热‑热转化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将赤泥与稀酸混合，加热并保温，得浆液；(2)将浆液离心分离，得到上清液A；(3)向上清液A中滴加碱溶液调节其pH值，得混合料液；(4)将混合料液离心分离，得到上清液B；(5)向上清液B中，加入尿素，混合均匀后搅拌得到反应液；(6)将反应液置于水热反应釜内，升温进行水热反应，然后冷却至室温并经洗涤、过滤和干燥，得到活性勃姆石多孔微球。

【技术特征摘要】
1.一种以赤泥为原料制备活性勃姆石多孔微球的水热-热转化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将赤泥与稀酸混合，加热并保温，得浆液；(2)将浆液离心分离，得到上清液A；(3)向上清液A中滴加碱溶液调节其pH值，得混合料液；(4)将混合料液离心分离，得到上清液B；(5)向上清液B中，加入尿素，混合均匀后搅拌得到反应液；(6)将反应液置于水热反应釜内，升温进行水热反应，然后冷却至室温并经洗涤、过滤和干燥，得到活性勃姆石多孔微球。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述稀酸为浓度2.0～4.0mol/L的稀硝酸、稀盐酸或稀硫酸；所述赤泥与稀酸的固液比为1:10～40g/mL；所述加热，温度为80～100℃；所述保温，时间为1.0～4.0h。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）和（4）中，所述离心分离，转速为5000～8000rpm，时间为10～30min。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述碱溶液，为浓度2～6mol/L的碱的水溶液；所述的水为去离子水；所述的碱为无机碱；所述pH值，范围为12.9～13.1。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱万诚，李杰，翟配艳，陈秀平，张恒，张兆顺，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37