碱改性煤矸石吸附剂的制备条件

杨 琦，安 然，李 平

（银川能源学院石油化工学院，宁夏银川 750105）

碱改性煤矸石吸附剂的制备条件

杨 琦，安 然，李 平

（银川能源学院石油化工学院，宁夏银川 750105）

本文采用固体碱对煤矸石进行改性，经过粉碎、焙烧、添加固体碱、焙烧制得煤矸石基吸附剂。实验结果表明最佳制备条件为煤矸石与氢氧化钠质量比1∶1.5，焙烧温度为600℃，焙烧时间为1.5 h。在最佳条件下，炼油废水CODcr的去除率可达95.27%。

煤矸石；改性；吸附剂

水污染是我国面临的环境问题之一。随着我国石油化工行业的发展，炼油废水的排放量逐年上升[1]，它的组成复杂多样，危害性大。煤矸石是与煤层伴生的一种含碳量较低的岩石，由于没有得到有效的再生利用，长期露天堆放，造成了环境危害[2-4]。若能利用煤矸石处理炼油废水，以废治废，既能简化废水处理工艺，又解决了煤矸石堆积污染环境的问题，将能达到双赢[5，6]。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

主要试剂：氢氧化钠、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸银、重铬酸钾、浓硫酸、1，10-菲罗啉，以上药品均为分析纯。

主要仪器：粉碎制样机GJ-1型、干燥箱101V型、箱式电阻炉SX5-12、油浴锅XMTD-702。

主要分析仪器：X射线衍射仪Dmax200PC型、扫描电子显微镜KYKY2800B。

1.2 吸附剂制备

将粉碎好用200目筛子过筛后的煤矸石称取10 g，放入马弗炉中在800℃焙烧2 h后，加入一定比例的NaOH，在不同的温度条件下分别焙烧不同的时间，即可得到吸附剂。把以上条件下制备得到的吸附剂分别称取1.0 g加入50 mL炼油废水中，在常温下静态吸附1 h后，用重铬酸钾法测量CODCr。原污水CODCr为1 692 mg/L，吸附后CODCr去除率最高的条件即为最佳制备条件。

1.3 吸附剂性能测定化学耗氧量CODCr依据国标GB11914-89测定：

2 实验结果与讨论

由于煤矸石原样性质稳定不具备吸附能力，主要通过改性使其具备吸附重金属离子和有机物的能力[7，8]，通常采用的改性方法有：水蒸气处理、热处理、酸碱处理和添加助剂处理等方法[9]。本文主要采用热处理和添加氢氧化钠进行改性处理，其影响因素主要有焙烧温度、焙烧时间和与氢氧化钠的比例关系等[10]。通过单因素实验筛选吸附剂最佳制备条件。

2.1 焙烧温度对吸附性能影响

图1 焙烧温度对吸附效果的影响

由图1可以看出，随着焙烧温度的升高，CODcr去除率也随之增加；在600℃下去除率达到95.27%，而后逐渐减小。

煤矸石与氢氧化钠混合物在焙烧过程中，随着温度的增加，煤矸石中的Al2O3、SiO2与NaOH反应的作用下，以Al2O2-、SiO32-形式析出，析出后形成硅铝酸钠，硅铝酸钠具有吸附作用。煤矸石内部具有均一的孔状结构，而溶出Al2O3、SiO2后的煤矸石孔的数量及吸附位都增多，使得煤矸石吸附性能变好。而温度过高，会使吸附位减少；孔容积增加，比表面积减少。

2.2 焙烧时间对吸附性能影响

由图2可以看出，随焙烧时间的增加，CODCr去除率先增高后降低。这是由于煤矸石与氢氧化钠随时间反应深度在增加，随反应深度加深，煤矸石内部的孔容积增加，比表面积降低，吸附效果降低。在焙烧温度、氢氧化钠与煤矸石混配一定时，焙烧1.5 h时吸附效果最好，为最佳焙烧时间。

图2 焙烧时间对吸附性能的影响

2.3 煤矸石与NaOH比例对吸附性能影响由图3可知，随煤矸石与NaOH配比的增加，

图3 煤矸石与NaOH配比对吸附性能的影响

CODCr去除率在1∶0.5之前增加，在1∶0.5之后下降。这

是由于随着配比的增加，煤矸石与氢氧化钠反应的越充分，孔容增加，比表面积增加；增加到一定程度，氢氧

化钠严重腐蚀煤矸石，使煤矸石孔容增加，比表面积下降，吸附效果变差。在焙烧温度、时间一定时，煤矸石与

氢氧化钠的质量比为1∶0.5时，吸附效果最好。

2.4 BET分析（见表1）

表1 BET分析检测报告

图4 吸附剂放大5 000倍和50 000倍SEM图

BET分析结果表明制备的吸附剂BET比表面积为8.22 m2/g，孔容为2.013 436 cm3/g，孔径13.786 7 nm。

2.5 SEM分析

将吸附剂分布放大5 000倍和50 000倍，观察其表面形态（见图4）。从SEM图可知吸附剂表面呈现出凹凸不平，颗粒大小不一，为其良好的吸附性能提供了基础。XRD和SEM表征分析表明吸附剂性能良好。

3 结论

制备吸附剂的最佳条件为煤矸石与氢氧化钠质量比1∶1.5，焙烧温度为600℃，焙烧时间为1.5 h。在最佳条件下，CODcr的去除率可达95.27%。

［1］ 杨文超.炼油废水处理的现状问题及对策分析［J］.化工管理，2015，（13）：131.

［2］ 杨越.我国煤矸石堆存现状及其大宗量综合利用途径［J］.中国资源综合利用，2014，（6）：18-22.

［3］ 李永生，等.煤矸石及其综合利用［M］.徐州∶中国矿业大学出版社，2006：1-23.

［4］ 郭彦霞，等.煤矸石综合利用的产业化及其展望［J］.化工学报，2014，（7）：2443-2453.

［5］ 王新伟，等.煤矸石堆放对土壤环境PAHs污染的影响［J］.环境科学学报，2013，（11）：3092-3100.

［6］ 冷发光.煤矸石综合利用的研究与应用现状［J］.四川建筑科学研究，2000，（2）：44-46.

［7］ 张世鑫，等.煤矸石综合利用工艺探索［J］.洁净煤技术，2013，（5）：92-95+122.

［8］ 王斌，张冬健，等.煤矸石综合利用的研究概述［J］.煤炭加工与综合利用，2013，（3）：77-80.

［9］ 王丹萍，李巧玲.煤矸石改性的研究进展［J］.现代化工，2014，34（8）：50-52.

［10］ 李永峰.煤矸石煅烧活化研究［J］.化工矿物与加工，2007，（1）：15-17.

未来10年我国风电装机容量将增长约403吉瓦

根据能源咨询公司MAKE Consulting的最新报告，未来10年，我国的每年新增风电装机容量将达到25吉瓦，这一数字将在未来10年累计增长约403吉瓦。

报告指出，截至2016年年底，我国新增风电装机容量达23吉瓦，累计装机容量达168.7吉瓦，2015年新增风电装机容量达到30.5吉瓦。该报告显示，今年第一季度，我国风电装机容量比去年同期增长了13%，使我国的风力发电能力达到了151吉瓦。同时，报告预计到2026年，我国累计的海上风力发电能力将达到26吉瓦。

（摘自中国石油报第6878期）

Study on preparation of alkali modified coal gangue adsorben

YANG Qi，AN Ran，LI Ping
（Department of Petrochemical Technology Yinchuan Institute of Energy，Yinchuan Ningxia 750105，China）

In this paper,coal gangue was modified by solid base,coal gangue based adsorbent was obtained by crushing,roasting,adding solid alkali and roasting.The experimental results showed that the optimum preparation condition was that the mass ratio of gangue to sodium hydroxide was 1∶1.5,the calcination temperature was 600 ℃,and the calcination time is 1.5 h.Under optimum conditions,the removal rate of COD could reach 95.27%.

coal gangue；modified；adsorbent

TQ424.26

A

1673-5285（2017）07-0117-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.07.026

2017－06-08

宁夏回族自治区2016年大创项目，项目编号：NXCX2015372。