粉煤灰制备13X分子筛及VOCs吸附性能研究

粉煤灰属于大宗工业固废,极大地危害着自然环境和人类的身心健康,如何高效高值化利用粉煤灰是目前面临的科学和技术问题。挥发性有机物(VOCs)是具有挥发性的有机污染物,对人体有"三致"作用。分子筛因其独特的孔结构,具有优良的离子交换、催化和吸附性能,在众多领域得到广泛应用。采用碱熔活化结合水热合成法利用粉煤灰制备13X分子筛,分析了硅铝比、碱度、晶化时间因素对制备分子筛的影响,考察了VOCs吸附性能并与活性炭对比分析。利用XRD、SEM和BET手段对分子筛晶型、比表面积和孔径等结构进行表征,结果表明:13X分子筛结晶度好且纯度高,粒径为1～3μm分布基本均匀,BET比表面积达到990.3 m2/g,总孔容约为0.72 cm3/g,平均孔径为1.1 nm;母液硅铝比影响分子筛合成类型;提高碱度可以加快晶化速率,缩短晶化时间,促进硅酸盐离子与铝酸盐离子的缩聚反应;分子筛在晶化阶段生长较快。通过13X分子筛和煤基颗粒活性炭对VOCs吸附性能对比试验发现,13X分子筛VOCs吸附容量高于活性炭,且VOCs分子极性越大,吸附容量越高。研究不仅可达到固废和废气之间"以废治废,变废为宝"的目的,同时还为低成本高效合成沸石分子筛提供思路,提高大宗固废的利用率,探究的分子筛合成条件又为分子筛的工业应用提供技术和理论支撑。     

煤电化基地大宗固废“三化”协同利用基础与技术

我国14个大型煤炭基地及89个大宗固体废弃物综合利用示范基地建设,标志着矿区大宗固废利用已被纳入全国战略发展布局。长期以来煤炭资源高强度的开发与利用,造成矿区浅埋煤层资源临近枯竭,煤电化基地大规模固废堆积及地表沉陷,已成为制约矿区绿色低碳、高质量发展的难题。大宗煤基固废协同利用与绿色充填是解放“三下一上”压煤,延长矿井服务年限,实现固废无害化、资源化、规模化“三化”利用的有效途径。基于产煤大省山西省、“华东能源粮仓”安徽两淮基地及宁东能源化工基地的煤基固废种类和产量,详细阐述了以煤矸石、粉煤灰、炉底渣、气化渣和脱硫石膏等为主要材料的煤基固废通过重金属吸附解吸和络合钝化技术实现无害化处置,列举煤基固废分类应用于低热值煤基固废发电、制备建筑材料如水泥、砖瓦等资源化利用途径,对比分析煤基固废采煤沉陷区复垦回填及井下充填规模化利用途径,突出煤基固废井下充填的优越性。基于煤电化基地深部煤炭资源,提出绿色充填开采理论与关键技术,包括深部煤矸石源头减量与采选充协同技术、充填材料高效制备与深部井下输送技术及煤基固废充填材料深部多场耦合机理,探究多源煤基固废从源头、过程到终端的深部充填开采全过程的技术原...     

山西省典型煤电基地煤基固废综合利用研究与资源化分析

通过对山西省典型煤电基地潞安矿区煤矸石和粉煤灰综合利用途径进行深入的研究,对煤矸石和粉煤灰样品的化学组成、矿物组成、发热量、重金属含量、灰分含量、水分含量、含碳量和全硫量等物理化学性质进行检测试验,结合煤基固废综合利用的总体原则和对应用过程中对环境污染风险的考虑,选择适合不同物理化学性质的煤矸石的利用途径和优先发展产业链。研究发现,山西地区大部分煤矸石适合制备水泥和建筑材料,部分煤矸石适合回收硫铁矿、制作高级陶瓷、制备分子筛、用作燃料和发电材料;而山西地区的粉煤灰不适于做混凝土掺料、水泥混合材、硅酸盐制品、砂浆原料、回填材料、泡沫绝热材料、粉煤灰三渣和陶质材料,适合用做填料、农用、提铝,也可用于水处理剂和其他高附加值应用。该研究可为提高山西省典型煤电基地固废利用率和产业化实际应用提供参考。     

粉煤灰基沸石分子筛的合成及其结构性能研究现状

利用粉煤灰制备沸石分子筛是对工业固废进行高效利用的途径之一,然而由于粉煤灰的成分、物相组 成受原煤、燃烧条件、合成方法等影响,最终生成的分子筛结构性能各异,因此在利用粉煤灰合成沸石分子筛时,需要 结合其性质,或根据最终分子筛结构性能需求,确定合成方法及影响因素。 要达到这一目的,需要理清粉煤灰性质— 合成方法及影响因素—分子筛结构之间的关系。 基于此,分别对 A、P、X、Y、ZSM-5 型分子筛的结构进行了介绍,综述 了粉煤灰合成沸石分子筛的主要方法,并对每种方法进行分析评价,详细研究了粉煤灰基沸石分子筛合成的主要影 响因素及影响规律,构建了各影响因素与沸石分子筛类型之间的关系,结合多种现代测试手段,查清了各分子筛结构 与其性能的关系。 在此基础上,提出了目前粉煤灰基沸石分子筛合成中存在的问题,并分析了未来的发展趋势。     

廉价固体合成沸石分子筛的研究进展

介绍了以廉价固体合成沸石分子筛的基本路线和原理,综述了粉煤灰、煤矸石、锂矿渣、高岭土、膨润土、钾长石等廉价固体合成沸石分子筛的研究进展,分析了合成过程中存在的优缺点,展望了廉价固体合成沸石分子筛的发展方向.     

建筑物下特厚煤层镁渣基全固废连采连充开采技术与实践

我国建筑物下压煤量巨大,同时煤矸石、粉煤灰等煤基工业固体废弃物排放量日益增加,严重制约地方经济社会发展。以榆林麻黄梁煤矿为试验矿井,针对其特厚煤层、建筑物下压煤、充填成本高等问题,提出了特厚煤层全固废连采连充开采技术。采用四阶段工序并将特厚煤层分为上、下2部分二次回采压覆煤炭,最大程度控制地面沉降。为降低充填原材料成本,采用化学优化剂对镁渣进行源头改性,抑制镁渣冷却粉化,稳定水化活性,协同粉煤灰、脱硫石膏等煤基固废,研发了改性镁-煤渣基胶凝材料。采用改性镁-煤渣基胶凝材料胶结煤矸石、粉煤灰制备了全固废充填材料。针对麻黄梁煤矿四阶段强、弱充填强度要求,设计不同配比的改性镁渣基充填材料试验,优选配比并应用于井下充填。论述了膏体充填系统与充填接顶方法。麻黄梁煤矿全固废胶结充填工艺试验显示,井下28 d龄期充填体钻芯平均单轴抗压强度超设计强度27%,钻芯浸出毒性满足相关国家标准要求,成功回收了建筑物下压覆煤炭资源,社会经济效益显著。麻黄梁煤矿特厚煤层全固废胶结充填开采实践为国内类似矿井提供了有益借鉴,同时为我国大型煤炭基地的“煤-电-化-冶”固废大规模资源化利用提供了新的思路。     

粉煤灰无溶剂法制备自支撑多级孔分子筛

以粉煤灰为原料,采用无溶剂法制备自支撑多级孔八面沸石分子筛。对自支撑多级孔八面沸石的制备条件及产品性能进行了研究,最佳制备工艺条件为:铝粉添加量0.05%,n_(H_2O)/n_(Na_2O)=10,晶化温度70℃,油酸添加量7%。对该条件下制备的自支撑多级孔分子筛进行了SEM/EDS、XRD、BET、FITR、密度、总孔隙率和抗压强度分析表征。结果表明,制备的分子筛具有多级孔结构,八面沸石纯度较高,结晶度较好。     

工业固废地质聚合物的制备工艺及其应用研究

地质聚合物作为一种新型碱激发材料,兼具强度高、抗渗性好、耐腐蚀、凝结速度快等优点。从工业固废资源高效化和绿色化利用角度出发,总结了以采选尾矿、冶金炼渣、粉煤灰等工业固废为原料的地质聚合物的制备工艺和性能分析,阐述了其在新型建筑材料、重金属离子固封材料、环境多孔材料等领域的应用研究进展,并对未来地质聚合物的应用发展方向进行了展望。     

沸石改性对以其为模板制备的多孔炭的影响的初步研究

对一种沸石矿分别用NH4Cl溶液和盐酸进行了浸渍和离子交换改性，然后再以它们为模板，以蔗糖为炭前驱体，制备出了几种多孔炭。N2吸附表征发现，使用沸石矿为模板可以制备出具有较大比表面积和孔容积的多孔炭材料，且模板对制备出的炭的中大孔有重要作用，而炭的微孔则主要是由蔗糖本身炭化产生的。实验中发现，通过盐酸改性的沸石矿制备出的多孔炭的比表面积和中孔容积，比没有经过改性和进行过离子交换改性的沸石矿为模板制备出的多孔炭的比表面积和中孔容积都有了显著的提高，其原因是盐酸改性使得沸石矿的比表面积和中孔容积提高了，而NH4Cl溶液改性对其中孔容积的提高作用非常小，反而会使沸石矿的比表面积下降。     

制备方法对粉煤灰合成沸石的种类及性能的影响

针对如何将排放量巨大的固体废弃物粉煤灰合理资源化应用的问题,探索了不同合成方法对粉煤灰制备沸石的种类及性能的影响。考察了碱量、温度、时间等主要因素对合成沸石的种类及对氨氮吸附能力的影响。研究表明,采用直接水热法在3.0 mol/L的NaOH溶液中100℃水热反应60 h可获得NaP型沸石;采用碱熔融水热法,在不添加任何结构导向剂,不外加硅、铝源,90℃水热反应12 h的最佳条件下获得了NaA-X沸石。合成的NaP型沸石为形貌不规则的颗粒聚集体,大小不一;合成的NaA-X沸石产物中同时含有典型的A型沸石立方体和X型沸石的八面体形貌,棱角分明,平均粒径约为3.5μm。NaP型沸石和NaA-X沸石的比表面积为55.9和266.0 m~2/g,分别是粉煤灰的21和100倍。NaP型沸石和NaA-X沸石的微孔比表面积为12.0和211.1 m~2/g,分别是粉煤灰的17倍和301倍。两种合成沸石的孔容也远大于粉煤灰。氨氮吸附量为153.6 mmol/100 g和226.6 mmol/100 g,分别是粉煤灰的14和20倍。2种合成沸石的热稳定性都符合工业要求,但直接水热法合成的NaP型沸石热稳定性要低于NaA-X沸石,且产物中含有不易反应的石英和莫来石,导致原料利用率较低。相反,碱熔融水热法合成的NaA-X沸石,有利于惰性晶相转化为活性组分,原料利用率高,产物纯度高,孔隙结构与氨氮吸附量均优于直接水热法的合成产物。     

粉煤灰制备P型分子筛的研究

采用水热合成法,利用工业废渣粉煤灰为原料制备P型沸石分子筛。通过XRD衍射表征发现,反应体系晶化时间、碱度、反应物液固比等对合成产品的质量具有明显影响,实验确定的最佳合成条件为:晶化时间16h,碱度0.15M,液固比9∶1。在此条件下,可以制得结晶度较高的P型分子筛。     

新疆煤基固体废弃物处置与资源化利用研究

新疆煤炭资源储量丰富,是我国重要的煤炭生产接续区和战略性储备区,开发利用过程中产生的煤基固废合理处置与资源化问题是制约矿区环境保护的难题之一。总结分析了新疆煤基固废的理化特征和分类形式及其产生的地质背景。分析表明:吐哈、准噶尔、伊犁、库拜4大煤田产生的煤基固废的理化特征存在明显地区差异,以低阶烟煤为主的低变质煤田区域的煤矸石多以砂岩、黏土岩、钙质岩为主;通过对典型煤基固废的综合评价,提出了新疆煤基固废梯级资源化利用的产业链布局模式;提出了以煤基固废的就地充填为基础,协同发展保水开采、净水开采、储能开采等煤基固废利用的新方法,探讨了煤基固废-电-化、煤基固废-电-建等高附加值开发利用产业布局模式,详细阐述了煤基固废在发电利用、建材利用、化工产品制备、充填处置及工程填料等方面综合资源化利用方法的原理和技术路线,提出了以合理处置矸石和水资源保护为目标的煤炭资源高效集约化开采技术。研究成果对新疆地区优化煤炭产业布局、煤基固废梯级资源化利用及矿区生态环境保护具有重要的指导意义。     

面向绿色矿山的注浆关键技术与工程示范

针对地表塌陷、水资源破坏、煤基固废堆积等问题,系统性提出了煤炭绿色开采“减沉、增载、处废、控水”一体化的多元耦合注浆技术体系,并成功示范。具体内容有:(1)综合利用理论分析、数值模拟、现场探测(钻探、超声成像、井下电视、光纤监测)等手段,研究了采动空隙空间与原生裂隙空间发育演化规律,尤其是将分布式光纤技术应用于离层空间探测,实现了注浆空间的精准识别。(2)利用煤基固废(煤矸石、粉煤灰)等制备了应用于不同场景的多源无机高性能注浆材料,将煤矸石作为离层注浆材料实现了规模化处置,同时研发了具有水下抗分散性、高体积系数、高塑性强度的新型KEP注浆堵水材料。(3)将丛式井技术运用到离层注浆孔钻探施工,有效规避采动超前破坏;集成研制了全天候、高泵压、大流量智能化注浆系统;应用补强注浆工艺,强化注浆减沉效果。(4)提出了注浆效果监测检测技术体系,重点阐述了钻探取芯与测井相结合的钻孔检测方法。(5)形成了以离层注浆减沉处废、垮落带注浆处废、老空区注浆增载处废和顶板裂隙注浆控水为核心的智能化技术体系,并在夏店煤矿、新浦磷矿、曹家滩煤矿、高家堡煤矿进行了工程示范,为我国绿色矿山建设提供了新思路。     

粉煤灰-煤矸石质多孔陶粒的制备研究

以粉煤灰和煤矸石为主要原料,采用添加造孔剂法烧制出粉煤灰多孔陶粒,研究了原料中粉煤灰与煤矸石的配比、烧结温度对多孔陶粒的烧结外观、气孔率、抗压碎强度、晶相组成和微观结构的影响。实验结果表明,随着煤矸石添加量和烧结温度升高,气孔率下降,抗压碎强度增大;当成孔剂添加量30%、粉煤灰与煤矸石质量比46.2∶19.8、烧结温度1 120 ℃、保温时间30 min时,所得多孔陶粒晶相组成稳定,抗压碎强度较高,内部孔隙发达,且多为三维贯通的通孔结构。     

地质聚合物原位转化沸石及其氨氮吸附特性

以高铝粉煤灰、钢渣为前驱体,采用化学发泡原理制备类沸石相多孔粉煤灰-钢渣地质聚合物,通过水热反应原理将上述地质聚合物原位转化为沸石。采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)定性分析碱液浓度、温度及时间对原位转化沸石结构形态的影响规律。以多孔地质聚合物原位转化沸石为吸附剂,结合吸附容量分析初始氨氮质量浓度、pH值及固液比对氨氮的静态吸附行为。结果表明,在碱液浓度2.5 mol/L、水热温度180℃、时间16 h水热合成条件下,地质聚合物中类沸石相可有效原位转化为NaP及Na₆(AlSiO₄)₆·4H2O沸石相;当初始氨氮质量浓度为100 mg/L,pH值为7,固液质量比为1∶20时,多孔材料的吸附效果达到最佳。     

粉煤灰加碱煅烧熔融水热法合成4A沸石

文章介绍了电厂粉煤灰加碱煅烧熔融后,在一定条件下水热法合成4A型沸石分子筛;同时加入导向剂,通过改变导向剂的老化时间和加入量探索对合成4A沸石的影响。实验研究表明,粉煤灰加碱煅烧熔融后,在水热合成沸石时加入一定量导向剂,缩短了沸石的晶化时间,很好地改善了产品的粒度分布和团聚程度,提高了产品纯度,降低了产品结晶粒度,合成出高纯度的4A沸石。     

粉煤灰在多孔陶瓷中的应用研究

研究了用粉煤灰为陶瓷骨料,采取添加造孔剂法制备具备固一液、气分离功能的、性能优异的多孔陶瓷成型材料,开创了用简单工艺实现粉煤灰高附加值综合利用的新途径。     

沸石分子筛的合成及应用研究进展

沸石分子筛因其具有吸附性、离子交换性、催化性等性能而被广泛应用于石油化工、农业、医学等领域。本文主要介绍了沸石分子筛的合成方法和应用现状,综述了沸石分子筛的合成方法、应用及发展前景。讨论了不同制备方法的优缺点、应用范围的拓宽历程,重点综述了沸石分子筛在生物医学方面以及作为环保型材料的应用。总结了当前工业化应用所遇到的问题,进一步展望了沸石分子筛未来的发展前景。     

粉煤灰合成NaX型和NaSOD型沸石的试验研究

利用高温碱熔融处理后的粉煤灰合成了NaX和NaSOD两种类型的沸石分子筛材料,考查了不同水热晶化温度对产物结构的影响,采用粉末X射线衍射光谱仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等方法对产品进行了表征.结果表明:以粉煤灰为原料,用水热合成法合成微孔沸石时,当水热晶化温度分别为90和120℃时可得到晶形较好的NaX型和NaSOD型沸石分子筛.     

同煤集团煤矸石合成沸石分子筛的技术研究

针对大同煤矿集团的煤矸石资源(煤峪口、塔山和同忻等),开发了低硅铝比的A型和X型以及高硅铝比的Y型沸石分子筛产品。不仅确定了其最佳合成工艺条件和添加剂类别,还确定了分子筛的制备条件和生产工艺。