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以废治废,粉煤灰基沸石在环境治理中的应用
来源:中国粉体技术网    更新时间:2021-12-22 15:34:34    浏览次数:
 
  粉煤灰是燃煤电厂产生的固体废弃物,其主要成分中包含大比例的SiO2、Al2O3,是合成沸石的理想原料,将合成产物应用于环境治理当中更是一种“以废治废”的发展理念,这与我国追求可持续发展战略的目标是一致的。
  
  粉煤灰合成沸石的方法分为单纯水热法和技术辅助复合水热法。所谓单纯水热法就是指只需要水热合成技术的方法,但合成的产物都有或多或少的缺陷。技术辅助复合水热法是指将水热法与其他技术相结合,在多种技术共同作用下达到提高产品品质的目的,目前比较常用的技术辅助复合水热法包括:碱熔融水热合成法、微波辅助加热法、晶种诱导水热法、碱熔融超临界水热合成法等。
  
  1、粉煤灰基沸石用作催化剂载体
  粉煤灰基沸石具有较大的比表面积、规则的孔道结构以及良好的阳离子交换能力。目前采用的催化剂颗粒或者催化剂溶胶在应用方面都存在着一些问题,比如催化剂难以回收或利用率低等缺点。若将催化剂负载于多孔且具有较强吸附能力的粉煤灰基沸石表面,就会增强催化剂与待处理污染物的单位接触面积,从而提高催化剂的利用率。同时更易回收催化剂,提高催化剂的重复利用率,因此粉煤灰基沸石具备作为催化剂载体的条件。
  
  王凯等研究了粉煤灰基沸石负载二氧化硅对Cu2+的吸附性能,采用水热合成法用粉煤灰合成了沸石,并采用浸渍法将二氧化硅负载于粉煤灰基沸石上,得到粉煤灰基沸石负载二氧化硅催化剂(FAZS),吸附试验结果表明,FAZS能有效地吸附Cu2+,并发现吸附量与pH值成正相关。当Cu2+初始浓度50mg/L,pH=5,当吸附剂投入量1.0g/L时,Cu2+去除率可达75%以上,FAZS对Cu2+吸附行为符合Langmuir数学模型。
  
  粉煤灰基沸石作为催化剂载体具有良好的应用前景,因为在反应过程中,粉煤灰基沸石载体可以将污染物吸附在催化剂表层及表层附近,使污染物与催化剂充分接触,提高催化效率。此外,粉煤灰基沸石负载催化剂还可回收循环利用,且重复利用时催化效果依旧良好。
  
  2、粉煤灰基沸石用于废水处理
  粉煤灰基沸石的硅铝比较低,它们的离子交换能力、吸附能力较强且离子交换容量较大。在废水处理方面应用时,可使粉煤灰基沸石的离子交换能力、吸附能力得到有效利用。
  于家琳等研究了粉煤灰基沸石在重金属废水处理中的应用,将粉煤灰基沸石用于质量浓度为500mg/L的Ni2+模拟废水中,发现该材料具有良好的重金属废水处理效果,饱和吸附量在20~50mg/g,达到商业沸石处理水平。此外研究还验证了吸附机理,即沸石中的铝、硅等活性基团通过化学键与重金属离子结合,经过离子交换作用将废水中的重金属离子交换出来,排除了该吸附剂对重金属离子单纯物理吸附的可能。
  
  Tauanov等利用巴西粉煤灰合成了羟基方纳型沸石,发现该沸石对废水中锌、铬等重金属离子的去除效果很好。粉煤灰基沸石对废水中有机质也有较好的去除效果。
  
  目前在很多将粉煤灰基沸石应用于废水处理的研究中,废水净化机理基本相同,都达到较好的净化效果,具有一定的工业应用前景。但是粉煤灰基沸石处理废水后形成的产物如何更好地处理,还需研究人员深入探索。
  
  3、粉煤灰基沸石用于气体分离
  粉煤灰基沸石在工业制气纯化以及工业、生活废气治理中也有广泛应用,如去除焚烧飞灰中的重金属离子,减少其对人体的伤害。又如天然气纯化、烟气净化等,粉煤灰基沸石将混合气中的SO2、H2S、CO2、NH3等有害组分去除,在提高制气质量的同时还减轻了有害组分对设备的腐蚀。
  Hui等采用多种金属离子对粉煤灰基沸石进行改性,改性后的沸石对模拟气中的甲烷去除效果良好。
  牛永红等研究了粉煤灰基沸石对室内空气甲醛的净化性能,确定了粉煤灰基沸石脱除净化甲醛的最佳工况为相对湿度40%,温度12℃,空气流速4m/s,并发现在最佳工况下,沸石对甲醛的脱除率可长时间保持在80%以上。
  将粉煤灰基沸石应用于气体分离领域,不仅为制造无污染建筑装修材料提供了可能,而且可以有效促进对工业废气排放的治理,对于改善大气环境、保护大气层、避免温室效应以及保障地球生物健康都有重大意义。
  
  资料来源:《孙延文,王连勇,杨湘澜,等.粉煤灰基沸石的制备及应用研究进展[J].硅酸盐通报,2021,40(01):123-132》,由【粉体技术网】编辑整理,转载请注明出处!
  
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以废治废,粉煤灰基沸石在环境治理中的应用2021-12-22
 
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