粉煤灰是燃煤電廠、煤化工等企業(yè)排出的一種工 業(yè)固體廢棄物，是煤粉燃燒產(chǎn)生的鍋爐煙氣經(jīng)靜電集 塵器收集后獲得的細(xì)小粉塵．煤炭是我國的主要能源， 隨著能源需求量的急劇增加，我國已成為世界上最大 的排灰國，并且粉煤灰的綜合利用率與發(fā)達(dá)國家也有 較大差距．粉煤灰排放量逐年增加，不但占用土地，而且會污染土壤、水體、空氣．迄今為止我國粉煤灰堆積量已 高于 40 億噸，存放占地多于 50 萬畝．其中 80%～90%的 利用率還僅局限用于制備水泥、填路和建筑輔料等低 值利用．對粉煤灰的應(yīng)用正在從低附加值的水泥等建筑 材料向高附加值的領(lǐng)域轉(zhuǎn)變．

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 原料與儀器

實(shí)驗(yàn)中使用河南晉開化工投資控股集團(tuán)有限責(zé)任 公司二分公司的造氣工段航天爐的粉煤灰為原料，經(jīng) XＲF 檢 測 其 化 學(xué) 組 成 為 SiO2 ∶ 55． 26%，Al2O3 ∶ 26．85%，F(xiàn)e2O3 ∶ 5． 53%，CaO ∶ 5． 29%，K2O ∶ 1． 92%， MgO ∶ 1．7%，除此之外，還有微量的 TiO2 等雜質(zhì)．無水 碳酸鈉，30%過氧化氫，無水乙醇，氨水，鹽酸，碘，硝酸 鎳，檸檬酸銨，碘化鉀，無水氯化鈣，鈣羧酸指示劑，乙 二胺四乙酸二鈉，氫氧化鈉，丁二酮肟: 分析純． SX2－4－10NP 馬弗爐( 上海一恒科技有限公司) ， TG16－WS 離心機(jī)( 湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公 司) ，PH－3C 型 PH 計(jì)( 杭州奧立龍儀器有限公司) ， GL-3250A磁力攪拌器(其林貝爾磁力攪拌器GL-3250A) ，TU－1900 雙光束紫外可見分光光度計(jì)．

1．2 硅源和鋁源的提取

取一定量粉煤灰，按比例為 1 ∶ 1．5 加入Na2CO3， 在坩堝中研磨，使其混合均勻，用馬弗爐在840 ℃下焙 燒 3 h．焙燒后按質(zhì)量體積比為 1 ∶ 10 向其中加入 4 mol/L HCl 溶液，在 40 ℃下水浴攪拌 2 h，離心分離，上 層液體為粗 AlCl3溶液，下層沉淀為粗硅膠．粗 AlCl3溶液先加入適量 H2O2，再加 2 mol/L NaOH 溶液調(diào) pH 得 到上層清液為 NaAlO2溶液，然后通入 CO2氣體得到 Al ( OH) 3．將2 mol/L 的NaOH 溶液按體積比1 ∶ 1 加入粗 硅膠，在 60 ℃下水浴攪拌 1 h 后過濾得到硅酸鈉溶液， 再通入 CO2氣體得到 H2SiO3．

1．3 分子篩的合成

按照物質(zhì)的量之比 SiO2 ∶ Al2O3 ∶ Na2O ∶ H2O= 1 ∶ 0．51 ∶ 1．66 ∶ ( 106 ～ 136) ，將 NaOH 和去離子水混 合，分別加至粉煤灰提取的 H2SiO3 和 Al( OH) 3 沉淀 中，攪 拌 至 溶 解，得 到 Na2SiO3 和 NaAlO2 溶 液，將 NaAlO2逐滴加入 Na2SiO3 中，攪拌 30 min 后移至反應(yīng) 釜中在 120 ℃下晶化 8 h 得到產(chǎn)品。

1．4 分子篩表征

采用荷蘭菲利普公司 Pert Pro 型 X 射線粉末衍 射儀( XＲD) 測定樣品的物相組成( 測試條件: Cu 靶，管電壓 40 kV，管電流 40 mA，λ = 0．154 18 nm) ． 采用日本電子株式會社公司的場發(fā)射掃描電鏡 ( JSM－7610F) 對樣品的微觀形貌進(jìn)行表征．采用德 國布魯克公司的 S2 Ｒanger 型 X 射線熒光光譜儀測 定粉煤灰的硅鋁比，測試方法為硼酸壓片法．

2 結(jié)果與討論

按照物質(zhì)的量之比為 SiO2 ∶ Al2O3 ∶ Na2O = 1 ∶ 0．51 ∶ 1．66 配置前驅(qū)液，在晶化溫度為 120 ℃，晶化時間 8 h時考察水硅比對 NaP 分子篩的影響，不同水硅比條件 下分子篩產(chǎn)物 XＲD 表征結(jié)果和 SEM 圖如圖1 和圖 2 所 示．由圖1 可知，當(dāng) H2O/SiO2 = 136 時，得到 NaP 分子篩 的結(jié)晶度最高，峰強(qiáng)最大，其主要 X 射線衍射峰為 2θ = 12．46°、17．66°、21．67°、28．10°、33．38°．當(dāng) H2O/SiO2＜136 時， 均出現(xiàn)了較多的雜相分子篩．從圖 2 中可以看出，當(dāng) H2O/SiO2 =136 時，分子篩的尺寸較均勻，約為1．5 μm．

先配制 鎳 標(biāo) 準(zhǔn) 工 作 液，按照丁二酮肟分光 光度法進(jìn)行顯色與測量，繪制鎳校準(zhǔn)曲線． 然 后 稱取 0． 1 g 分 子 篩，加 入 到 100 mL 的 20 mg /L 鎳標(biāo)準(zhǔn)工作液中，將其混合液放置在磁力攪拌 器上不斷攪拌，對 Ni2+ 進(jìn)行吸附，每隔 30 min 用 塑料吸管取混合液約 4 mL 對其進(jìn) 行 離 心 分 離， 吸取離心管中上層清液 3 mL 作 為 待 測 樣 品．

3 結(jié)論

通過粉煤灰高溫焙燒活化和酸浸除雜后， 提取其中的硅鋁元素作為合成分子篩的硅源和鋁 源，經(jīng)水熱晶化法成功制備出了 NaP 分子篩．通過考 察前驅(qū)液中的水硅比、硅鋁比等因素對合成分子篩的影響，從而得到了合成 NaP 分子篩的最佳合成工 藝為 SiO2 ∶ Al2O3 ∶ Na2O ∶ H2O = 1 ∶ 0．51 ∶ 1．66 ∶ 136，晶化溫度和時間分別為 120 ℃和 8 h．通過考察 水硅比、硅鋁比、晶化時間等因素對分子篩合成的影 響，得 到 NaP 分子篩的最佳合成工藝為 SiO2 ∶ Al2O3 ∶ Na2O ∶ H2O= 1 ∶ 0．51 ∶ 1．66 ∶ 136．通過 Ni 2+ 和 Ca2+ 吸附實(shí)驗(yàn)對 NaP 分子篩進(jìn)行性能評價(jià)，Ni 2+ 的去除率最大可達(dá)99．58%，Ca2+ 交換能力達(dá)到 373 mg /g．