一种粉煤灰微珠多孔材料的制备方法及制得的多孔材料技术

本发明专利技术公开了一种粉煤灰微珠多孔材料的制备方法及制得的多孔材料。所述方法为：将经过过筛、烘干得到的粉煤灰细灰为原料，按照粉煤灰中金属氧化物摩尔量，调节浓硫酸与金属氧化物的不同比例，配置浓硫酸粉煤灰混合料；将不同配方的浓硫酸粉煤灰混合料在一定的条件下焙烧，得到熟料；将焙烧熟料在一定的水浴条件下将其中的可溶盐溶出，固液分离，得到不同金属氧化物与硅质比例的具有孔结构的粉煤灰微珠多孔材料。本发明专利技术具有工艺简单、生产成本低，易于固液分离的特点，同时所制备的微珠材料的孔结构可以调控，适用于吸附废水中的有机染料，实现了固体废弃物的综合利用，达到了“以废治废”的目的。

Preparation method of fly ash microbead porous material and porous material prepared

The invention discloses a method for preparing a fly ash microbead porous material and a porous material prepared. The method is as follows: the fly ash fine ash, which has been screened and dried, is used as the raw material. According to the molar amount of metal oxide in the fly ash, the mixture of concentrated sulfuric acid and metal oxide is adjusted, and the concentrated sulphuric acid fly ash mixture is arranged. The clinker is roasted under a certain condition by the mixture of concentrated sulphuric acid fly ash in different formulations and the clinker is obtained. The dissolved salt of the calcined clinker was dissolved in a certain water bath and separated by solid liquid, and the pore structure of the porous material with different metal oxide and silica content was obtained. The invention has the characteristics of simple process, low production cost and easy separation of solid and liquid. At the same time, the pore structure of the microbead material can be regulated and controlled. It is suitable for the organic dye in the adsorbed wastewater. It realizes the comprehensive utilization of solid waste and achieves the purpose of \waste treatment by waste\.

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤灰微珠多孔材料的制备方法及制得的多孔材料
本专利技术涉及一种多孔吸附材料的制备领域，特别涉及一种利用粉煤灰微珠制备不同孔结构的多孔吸附材料的方法。
技术介绍
煤粉炉是目前燃煤电厂最为常用的炉型之一，煤粉炉粉煤灰也是产量最大的粉煤灰类型。煤粉炉粉煤灰的化学成分为SiO2、Al2O3和其他金属氧化物，晶体物相主要为莫来石和刚玉。通过SEM观察粉煤灰的微观形貌，可以发现煤粉炉粉煤灰中往往存在较大比例的粉煤灰微珠。这主要源于煤粉炉炉膛内的燃烧温度较高(1200-1700℃)，使得煤粉中的部分无机矿物在高温下发生熔融，熔融态的小液滴冷却过程中在表面张力作用下，最终形成的球状固体颗粒即为粉煤灰微珠。这些微珠主要包括以下几个类型：漂珠、沉珠(空心和实心)、磁珠等。微珠中的金属氧化物在酸作用下可以以可溶盐形式溶出，在微珠形态不变的情况下产生大量孔，而调节金属氧化物溶出比例，即可获得不同孔径和容重的多孔微珠。由于粉煤灰微珠具有吸附性好、耐磨性强、耐腐蚀性好、分散性流动性好的特点，广泛应用于环保净水、橡塑填料、轻质混凝土、耐火材料等领域。染料工业给人类带来丰富多彩的生活和提供衣食住行的同时，印染废水不合理的排放对环境和人类健康构成了严重的威胁。目前，国内外常用的废水处理技术大体可以分为三大类：化学法(絮凝沉淀、化学氧化法、电化学法)、生物法(好氧法、厌氧法、好氧厌氧联合法)和物理法(膜分离法、活性炭吸附法)。其中吸附法处理废水具有效率高、操作简单、成本低等优点，因此得到广泛的应用。常用于废水处理的吸附剂包括活性炭、沸石、离子交换树脂、纳米金属氧化物以及复合物吸附材料等。虽然这些吸附剂已被广泛应用，但是它们的成本相对较高。因而寻找到一种价格低廉并且容易获得的吸附剂来去除水中的污染物成为当下研究的重点。CN105582894A公开了《粉煤灰合成NaX型分子筛吸附材料的制备方法》。该方法利用粉煤灰为主要原料，经过氢氧化钠熔融、水热晶化、酯化反应工艺制备NaX型分子筛吸附材料。虽然将粉煤灰制备成沸石可以提高粉煤灰的比表面积，增强其吸附性；但是该方法工艺过程复杂，同时水热过程反应温度高、能耗大，不利于工业化生产。CN103769045A公开了《一种粉煤灰基吸附材料的制备方法》。该材料不仅要经过高温碱融，而且在添加结构导向剂的同时还需控制溶液的pH，要求较为苛刻，限制了应用。J.X.Lin,S.L.Zhan等人在《Adsorptionofbasicdyefromaqueoussolutionontoflyash》一文中，利用粉煤灰微珠为原料，在稀H2SO4溶液中酸浸24h，然后对亚甲基蓝进行吸附。该方法虽然成本低廉，操作简单，但是改性后粉煤灰微珠结构改变不明显，比表面积略有增大，吸附能力较低。针对上述方法存在的问题，本专利技术按照粉煤灰中金属氧化物的摩尔量，通过调节浓硫酸与金属氧化物的不同比例，得到不同金属氧化物与硅质比例的纳米孔径的粉煤灰微珠多孔材料。该多孔微珠具有高的流动性、化学性能稳定、大的比表面积、可调节的孔径、吸附性强、处理成本低、耐高温的特点，可将其作为一种有机分子吸附材料应用于废水处理方面。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种粉煤灰微珠制备多孔吸附材料的方法。该方法具有工艺简单、生产过程可控、生产成本低的特点，充分利用粉煤灰微珠颗粒微细、高分散性和流动性的特点，制备出可调的孔径及较大的比表面积的吸附材料。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种粉煤灰微珠多孔材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将经过过筛、烘干得到的粉煤灰细灰为原料，按照粉煤灰中金属氧化物的摩尔量，调节浓硫酸与金属氧化物的不同比例，配置浓硫酸粉煤灰混合料；(2)将粉煤灰与不同比例的浓硫酸混合料置于陶瓷坩埚中，在马弗炉内于一定的温度下焙烧一定的时间；(3)将获得的焙烧熟料采用水浴的方法将其中的可溶盐溶出，固液分离，得到不同金属氧化物与硅质比例的具有孔结构的粉煤灰微珠多孔材料。步骤(1)中所述的烘干温度为100℃-120℃，烘干时间为24h，干燥直至粉煤灰中含水率小于1％，粉煤灰细灰的粒度为D90＝20.801μm。步骤(1)中所述的浓硫酸与金属氧化物的摩尔比为0.2-1.6。步骤(2)中所述的焙烧温度为160℃-260℃，焙烧时间30min-120min。步骤(3)中所述的水浴温度为45℃-80℃，水浴时间0.5h-1.0h。采用上述粉煤灰微珠多孔材料的制备方法制备粉煤灰微珠多孔材料。本专利技术有益效果在于：1、本专利技术采用硫酸焙烧法制备粉煤灰微珠多孔材料，根据对孔容、孔径的不同要求，通过对酸灰比、焙烧温度和焙烧时间的控制，从而达到粉煤灰多孔微珠材料孔容和孔径可控的目的；2、充分利用了粉煤灰微珠颗粒微细、高分散性和流动性的特点，促进吸附的进行；3、所制备的粉煤灰微珠多孔材料比表面积较大，孔结构比较发达，对有机分子具有较高的吸附脱色活性。附图说明图1为实施例1制备的粉煤灰多孔微珠的扫描电镜(SEM)照片；图2为实施例1制备的粉煤灰多孔微珠的N2吸附-脱附等温线；图3为实施例1制备的粉煤灰多孔微珠的孔径分布曲线；图4为多孔材料投料量的变化对吸附效果的影响曲线；图5为不同浓度的亚甲基蓝对吸附效果的影响曲线；图6为不同吸附时间对吸附效果的影响曲线。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明：粉煤灰多孔吸附材料的制备原料为内蒙某电厂产出，其化学成分如表1所示。表1为煤粉炉粉煤灰化学成分(wt./％)下面结合具体实施实例对本专利技术做进一步说明：实施例1采用上述煤粉炉粉煤灰(如表1)，通过硫酸焙烧法制备粉煤灰微珠多孔材料。将煤粉炉粉煤灰经过过筛、烘干，得到粉煤灰细灰；将浓硫酸与粉煤灰中金属氧化物的摩尔比1.2配料后置于陶瓷坩埚中，然后放入马弗炉内于260℃下反应120min；将焙烧后的熟料在80℃的水浴条件下溶出1h，固液分离，得到粉煤灰微珠多孔材料1。从图1可知，粉煤灰多孔微珠的等温吸脱附曲线为典型的IV型，具有明显的滞后环，说明粉煤灰微珠多孔材料具有介孔结构。所得多孔吸附材料的比表面积为26.803m2/g，平均孔径为10.46nm。分别称取不同质量(0.1g-0.8g)的粉煤灰微珠多孔材料1置于锥形瓶中，量取50mL浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液，pH为(5.3±0.1)，温度控制在(20±2)℃左右，置于振荡器上，振荡速度为170rpm，待吸附8h后，使用紫外分光光度计测试粉煤灰多微珠多孔材料用量对亚甲基蓝吸附效果的影响。图2结果表明：随着粉煤灰微珠多孔材料用量的增加，吸附量逐渐增大。吸附材料1的脱色率(％)为：42.72、66.97、77.30、84.02、88.69、91.64、95.13、96.64、97.27、98.02、98.69。实施例2采用上述煤粉炉粉煤灰(如表1)，通过硫酸焙烧法制备粉煤灰微珠多孔材料。将煤粉炉粉煤灰经过过筛、烘干，得到粉煤灰细灰；将浓硫酸与粉煤灰中金属氧化物的摩尔比0.8配料后置于陶瓷坩埚中，然后放入马弗炉内于200℃下反应120min；将焙烧后的熟料在80℃的水浴条件下溶出1h，固液分离，得到粉煤灰微珠多孔材料2。所得多孔吸附材料的比表面积为15.513m2/g，平均孔径为5.40nm。分别称取不同质量(0.1g-0.8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉煤灰微珠多孔材料的制备方法，所得多孔材料可由以下步骤制得：(1)将经过过筛、烘干得到的粉煤灰细灰为原料，按照粉煤灰中金属氧化物的摩尔量，调节浓硫酸与金属氧化物的不同比例，配置浓硫酸粉煤灰混合料；(2)将粉煤灰与不同比例的浓硫酸混合料置于陶瓷坩埚中，在马弗炉内于一定的温度下焙烧一定的时间；(3)将获得的焙烧熟料采用水浴的方法将其中的可溶盐溶出，固液分离，得到不同金属氧化物与硅质比例的具有孔结构的粉煤灰微珠多孔材料。

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰微珠多孔材料的制备方法，所得多孔材料可由以下步骤制得：(1)将经过过筛、烘干得到的粉煤灰细灰为原料，按照粉煤灰中金属氧化物的摩尔量，调节浓硫酸与金属氧化物的不同比例，配置浓硫酸粉煤灰混合料；(2)将粉煤灰与不同比例的浓硫酸混合料置于陶瓷坩埚中，在马弗炉内于一定的温度下焙烧一定的时间；(3)将获得的焙烧熟料采用水浴的方法将其中的可溶盐溶出，固液分离，得到不同金属氧化物与硅质比例的具有孔结构的粉煤灰微珠多孔材料。2.根据权利要求1所述粉煤灰微珠多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的烘干温度为100℃-120℃，烘干时间为24h，所述干燥直至...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏存弟，程姗，苗世顶，蒋引珊，刘硕，张久鹏，张今壹，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22