利用粉煤灰提取铝合成水滑石及其应用研究

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粉煤灰是在燃煤电厂排放的一种固体废物,是我国排量较大的一种工业废渣,由于其含有丰富的铝硅资源,近年来对其研究及应用领域也越来越广泛,粉煤灰的排放使得大量铝资源未被利用,并对环境造成严重污染。水滑石(LDHs),也被称为阴离子粘土(HT)类具有可调变组成及独特结构和性能的一种功能材料。水滑石应用广泛,在离子交换和吸附、催化、阻燃等多方面得到了广泛的应用,具有潜在的利用前景。粉煤灰中含有大量的氧化铝,将其提取出来作为铝源来制备镁铝水滑石可以使得粉煤灰变废为宝,从而实现可用资源的再生,减少对环境的污染,将是我们在环境保护以及资源可持续发展的领域上的一个重要研究方向。本文以工厂加工后的粉煤灰为研究对象,采用煅烧-酸浸-沉淀的工艺,将粉煤灰中的氧化铝经转化得到氢氧化铝,再以氢氧化铝作为铝源,加入氧化镁、碳酸钠水热合成镁铝水滑石。探讨了镁铝摩尔比、水热温度、水热时间对物相成分、晶粒结构及其形貌的影响。此外,本文还对合成的水滑石样品对磷吸附性能进行了初步研究,考察了吸附剂用量、吸附时间、温度、p H值等因素对除磷效果的影响,同时探讨了吸附动力学和等温吸附线,主要研究结果如下:(1)以碳酸钠作为助溶剂与粉煤灰混合焙烧,用硫酸酸浸焙烧后的熟料,考察了碳酸钠与粉煤灰的物料比、焙烧温度与时间、硫酸浓度、酸浸温度与时间的实验因素对氧化铝提取率的影响,确定最佳的工艺参数为:焙烧温度850℃、焙烧时间2 h、碱灰比0.8:1、硫酸浓度25%、酸浸温度75℃、酸浸时间1 h,提取率可达到72.6%;(2)利用焙烧酸浸实验过程中得到的产品氢氧化铝(RA-AH)作为制备镁铝水滑石的原料,考察了不同的镁铝摩尔比、水热反应时间、水热温度等实验因素对合成样品的影响,在摩尔比n(Mg O):n(RA-AH):n(Na2CO3)=2:1:1,水热时间为14 h,水热温度在160℃以上可以得到结晶度较好、结构完整的镁铝水滑石(RA-AH-LDHs),通过FT-IR、XRD、SEM和EDS等表征手段验证了实验结果;(3)利用RA-AH-LDHs样品对初始浓度为20 mg/L的磷溶液进行吸附实验,初步研究了不同添加量、p H值等因素对其吸附性能的影响,同时对吸附动力学和等温吸附进行了一定的研究进展,实验表明:在室温25℃下,p H=6,在RA-AH-LDHs投加量0.5 g,对磷的最大饱和吸附量可达到24.99 mg·g-1,对磷的去除率为95.4%,吸附动力学符合准二级动力学模型,等温吸附满足Langmuir模型。
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