氯化鋅改性煤矸石吸附劑的制備與應(yīng)用

王艷榮，李 平，楊 琦

（銀川能源學(xué)院石油化工系，寧夏銀川 750105）

化學(xué)工程

氯化鋅改性煤矸石吸附劑的制備與應(yīng)用

王艷榮，李 平，楊 琦

（銀川能源學(xué)院石油化工系，寧夏銀川 750105）

以煤矸石為原料，經(jīng)過預(yù)處理后，向其添加氯化鋅，經(jīng)過高溫焙燒，最終制備出對煉油廢水具有良好吸附作用的吸附劑。實(shí)驗(yàn)過程中通過測定吸附前后煉油廢水CODCr去除率來判斷吸附效果。通過對吸附劑XRD、SEM、BET分析評價吸附劑性能。

煤矸石；氯化鋅；吸附劑

煤矸石是一種產(chǎn)生于煤層中的固體，是開采煤炭過程中產(chǎn)生的廢棄物。煤矸石的累積對環(huán)境和人們的健康都造成了嚴(yán)重的影響，如果不能及時進(jìn)行合理處理，將會嚴(yán)重影響我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。假如能夠有效利用煤矸石，不僅可以變廢為寶，同時也是變相對環(huán)境一種很好的保護(hù)措施[2-4]。通過對煤矸石進(jìn)行一定處理，煤矸石可以用來制備分子篩，催化劑，吸附劑等高附加值產(chǎn)品[5-9]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

主要試劑：無水碳酸鈉、氯化鋅、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、硫酸銀、重鉻酸鉀、濃硫酸、1，10-菲羅啉，以上藥品均為分析純；煤矸石，采集。

主要儀器：粉碎機(jī)HJ-2型、電熱鼓風(fēng)干燥箱101FA-1型、箱式電阻爐SX5-11、磁力加熱攪拌器CJJ78-6。

主要分析儀器：X射線衍射儀Dmax200PC型、掃描電子顯微鏡KYKY2800B型、紅外光譜儀Dp-FTIR-650。

1.2 吸附劑制備

首先將煤矸石利用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，收集200目以下顆粒，然后將煤矸石在600℃下焙燒2 h～3 h，最后再將煤矸石與改性劑氯化鋅溶液以1:1.5的比例混合均勻，加入到馬弗爐中800℃焙燒2 h制備煤矸石改性吸附劑，待自然冷卻后，通過200目篩子過篩后干燥保存?zhèn)溆茫ㄒ妶D1）。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖Fig.1 The flow chart of experiment

1.3 吸附性能測試

稱取50 mL原污水，添加一定量改性劑，攪拌均勻，置于恒溫水浴鍋內(nèi)，吸附0.5 h～2.5 h。待吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，分離上清液進(jìn)行CODCr測定及濁度測定，計(jì)算CODCr去除率。

1.4 分析方法

1.4.1 化學(xué)耗氧量CODCr的測定[10]依據(jù)國標(biāo)GB11914-89，采用重鉻酸鉀測化學(xué)耗氧量CODCr的方法。

1.5 表征測試

1.5.1 XRD測定 光源為銅靶，管壓40 kV，管流40 mA，衍射狹縫寬為0.3 mm。

1.5.2 SEM測定 本實(shí)驗(yàn)中用北京中科科儀技術(shù)發(fā)展有限公司KYKY2800B型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，儀器的分辨率為3.5 nm，放大倍數(shù)為15～200 000倍。

1.5.3 BET比表面積測定[11]BET測定常用方法是吸附法。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附條件對吸附性能的影響

2.1.1 吸附時間對吸附效果的影響 在原煉油污水CODCr為348 mg/L，改變吸附時間進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)（見圖2）。

圖2 吸附時間的影響Fig.2 Effects of adsorption times

由圖2可以看出隨著吸附時間的增加，CODCr去除率也隨著在增加，當(dāng)在1.5 h時，去除率達(dá)到49.7%，繼續(xù)延長吸附時間，CODCr去除率變化緩慢。

2.1.2 吸附劑用量對吸附效果的影響 在原煉油污水CODCr為348 mg/L，改變吸附劑用量進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)（見圖 3）。

由圖3可以看出，隨著吸附劑用量逐漸增加過程中，CODCr去除率也在逐漸增加，當(dāng)吸附劑用量為1.200 1 g時，CODCr去除率達(dá)到48.9%，繼續(xù)增加吸附劑用量，CODCr去除率變化緩慢，即最佳吸附劑用量為1.200 1 g。

圖3 吸附劑用量影響Fig.3 Effects of adsorbent contents

2.1.3 吸附溫度對吸附效果的影響 原煉油污水CODCr為348 mg/L，改變吸附溫度進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)（見圖4）。

圖4 吸附溫度影響Fig.4 Effects of adsorption temperature

由圖4可以看出，隨著吸附溫度增大，CODCr去除率也在逐漸增加，當(dāng)溫度達(dá)到20℃，去除率為49.2%，繼續(xù)增加溫度，去除率逐漸減小，即在20℃時，吸附效果最佳。

2.2 吸附劑再生

在原煉油污水CODCr為1 880 mg/L，改性煤矸石吸附劑進(jìn)行吸附-再生反復(fù)實(shí)驗(yàn)（見圖5）。

圖5 吸附劑再生Fig.5 Regenerates of adsorbent

隨著吸附劑反復(fù)利用次數(shù)的增多，吸附劑活性部位逐漸被占用，孔道也逐漸被堵塞，因而對應(yīng)的吸附性能也在逐漸減小。

2.3 吸附劑分析表征

2.3.1 XRD測定 由圖6可以看出煤矸石加入氯化鋅改性后，經(jīng)過高溫焙燒后，煤矸石中的高嶺石轉(zhuǎn)化為偏高嶺石，具有了活性。

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

2.3.2 SEM分析 由圖7可以看出在放大5 000倍時，改性煤矸石呈顆粒球狀，表面有許多孔道；放大到50 000倍時可明顯看到孔道。正是由于這些孔道的存在，吸附效果才會更好。

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

2.3.3 BET比表面積測定 經(jīng)測定BET比表面積為7.221 8 m2/g。

3 結(jié)論

（1）吸附劑吸附最佳條件：吸附劑用量為1.200 1 g/50 mL，吸附時間為1.5 h，吸附溫度為20℃，去除率可達(dá)到49.7%。

（2）XRD、SEM、BET表征氯化鋅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

銀川能源學(xué)院校級科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2017-KY-C-05。

王艷榮，女（1988-），河北張家口人，助教，碩士，主要從事工業(yè)催化、高分子材料方面的研究工作。