氯化锌改性煤矸石吸附剂的制备与应用

王艳荣，李 平，杨 琦

（银川能源学院石油化工系，宁夏银川 750105）

化学工程

氯化锌改性煤矸石吸附剂的制备与应用

王艳荣，李 平，杨 琦

（银川能源学院石油化工系，宁夏银川 750105）

以煤矸石为原料，经过预处理后，向其添加氯化锌，经过高温焙烧，最终制备出对炼油废水具有良好吸附作用的吸附剂。实验过程中通过测定吸附前后炼油废水CODCr去除率来判断吸附效果。通过对吸附剂XRD、SEM、BET分析评价吸附剂性能。

煤矸石；氯化锌；吸附剂

煤矸石是一种产生于煤层中的固体，是开采煤炭过程中产生的废弃物。煤矸石的累积对环境和人们的健康都造成了严重的影响，如果不能及时进行合理处理，将会严重影响我国的经济发展[1]。假如能够有效利用煤矸石，不仅可以变废为宝，同时也是变相对环境一种很好的保护措施[2-4]。通过对煤矸石进行一定处理，煤矸石可以用来制备分子筛，催化剂，吸附剂等高附加值产品[5-9]。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

主要试剂：无水碳酸钠、氯化锌、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；煤矸石，采集。

主要仪器：粉碎机HJ-2型、电热鼓风干燥箱101FA-1型、箱式电阻炉SX5-11、磁力加热搅拌器CJJ78-6。

主要分析仪器：X射线衍射仪Dmax200PC型、扫描电子显微镜KYKY2800B型、红外光谱仪Dp-FTIR-650。

1.2 吸附剂制备

首先将煤矸石利用粉碎机进行粉碎，收集200目以下颗粒，然后将煤矸石在600℃下焙烧2 h～3 h，最后再将煤矸石与改性剂氯化锌溶液以1:1.5的比例混合均匀，加入到马弗炉中800℃焙烧2 h制备煤矸石改性吸附剂，待自然冷却后，通过200目筛子过筛后干燥保存备用（见图1）。

图1 实验流程图Fig.1 The flow chart of experiment

1.3 吸附性能测试

称取50 mL原污水，添加一定量改性剂，搅拌均匀，置于恒温水浴锅内，吸附0.5 h～2.5 h。待吸附实验结束后，分离上清液进行CODCr测定及浊度测定，计算CODCr去除率。

1.4 分析方法

1.4.1 化学耗氧量CODCr的测定[10]依据国标GB11914-89，采用重铬酸钾测化学耗氧量CODCr的方法。

1.5 表征测试

1.5.1 XRD测定 光源为铜靶，管压40 kV，管流40 mA，衍射狭缝宽为0.3 mm。

1.5.2 SEM测定 本实验中用北京中科科仪技术发展有限公司KYKY2800B型扫描电子显微镜（SEM）观察，仪器的分辨率为3.5 nm，放大倍数为15～200 000倍。

1.5.3 BET比表面积测定[11]BET测定常用方法是吸附法。

2 结果与讨论

2.1 吸附条件对吸附性能的影响

2.1.1 吸附时间对吸附效果的影响 在原炼油污水CODCr为348 mg/L，改变吸附时间进行反复实验（见图2）。

图2 吸附时间的影响Fig.2 Effects of adsorption times

由图2可以看出随着吸附时间的增加，CODCr去除率也随着在增加，当在1.5 h时，去除率达到49.7%，继续延长吸附时间，CODCr去除率变化缓慢。

2.1.2 吸附剂用量对吸附效果的影响 在原炼油污水CODCr为348 mg/L，改变吸附剂用量进行反复实验（见图 3）。

由图3可以看出，随着吸附剂用量逐渐增加过程中，CODCr去除率也在逐渐增加，当吸附剂用量为1.200 1 g时，CODCr去除率达到48.9%，继续增加吸附剂用量，CODCr去除率变化缓慢，即最佳吸附剂用量为1.200 1 g。

图3 吸附剂用量影响Fig.3 Effects of adsorbent contents

2.1.3 吸附温度对吸附效果的影响 原炼油污水CODCr为348 mg/L，改变吸附温度进行反复实验（见图4）。

图4 吸附温度影响Fig.4 Effects of adsorption temperature

由图4可以看出，随着吸附温度增大，CODCr去除率也在逐渐增加，当温度达到20℃，去除率为49.2%，继续增加温度，去除率逐渐减小，即在20℃时，吸附效果最佳。

2.2 吸附剂再生

在原炼油污水CODCr为1 880 mg/L，改性煤矸石吸附剂进行吸附-再生反复实验（见图5）。

图5 吸附剂再生Fig.5 Regenerates of adsorbent

随着吸附剂反复利用次数的增多，吸附剂活性部位逐渐被占用，孔道也逐渐被堵塞，因而对应的吸附性能也在逐渐减小。

2.3 吸附剂分析表征

2.3.1 XRD测定 由图6可以看出煤矸石加入氯化锌改性后，经过高温焙烧后，煤矸石中的高岭石转化为偏高岭石，具有了活性。

图6 煤矸石改性前后XRD图Fig.6 XRD pattern of coal gangue with modifing before and after

2.3.2 SEM分析 由图7可以看出在放大5 000倍时，改性煤矸石呈颗粒球状，表面有许多孔道；放大到50 000倍时可明显看到孔道。正是由于这些孔道的存在，吸附效果才会更好。

图7 改性煤矸石的SEM图Fig.7 SEM image of modified coal gangue

2.3.3 BET比表面积测定 经测定BET比表面积为7.221 8 m2/g。

3 结论

（1）吸附剂吸附最佳条件：吸附剂用量为1.200 1 g/50 mL，吸附时间为1.5 h，吸附温度为20℃，去除率可达到49.7%。

（2）XRD、SEM、BET表征氯化锌改性煤矸石具有良好的吸附性能。

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Preparation and application of zinc chloride modified coal gangue adsorben

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

The coal gangue was used as raw material to synthesize adsorbent with better adsorption.At first,the coal gangue was pretreated.Then zinc chloride was added to the coal gangue.The adsorbent with good adsorption to the refinery wastewater is finally prepared by high temperature roasting.In the experiment,the adsorption efficiency was determined by measuring the CODCrremoval rate of the refinery wastewater before and after adsorption.The adsorbent performance was evaluated by analysis of adsorbent XRD,SEM and BET.

coal gangue；zinc chloride；adsorbent

TQ424.29

A

1673-5285（2017）11-0130-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.030

2017-10-20

银川能源学院校级科研项目，项目编号：2017-KY-C-05。

王艳荣，女（1988-），河北张家口人，助教，硕士，主要从事工业催化、高分子材料方面的研究工作。