内蒙古地区煤矸石合成沸石基吸附剂及其吸附性能研究

Our country is a coal production power and emissions of nearly one hundred million tons of coal a year. The effective utilization rate of coal gangue is less than 20%. Inner Mongolia's coal gangue waste around the mine causes atmosphere, soil and water pollution. Zeolite absorbent absorbed as the main material in the petrochemical industry play an important role in such fields as environmental protection. Coal gangue mineral composition mainly is kaolinite, and zeolite on the composition has a certain similarity. For coal gangue into zeolite sorbents are possible. This study used in Inner Mongolia coal gangue as raw material, After pretreatment, adding some agents of synthetic zeolite adsorbent. Using X-ray diffraction spectroscopy (XRD), infrared spectroscopy (IR), scanning electron microscopy (SEM), differential thermal, thermal analysis (TG-DTA), and other means. Characterization of the structure of the zeolite sorbents, analysis the influence factors of synthesis of zeolite sorbents. Using synthetic products to remove heavy metal ions in wastewater. Zeolite adsorption properties of adsorbent was studied. And adsorption desorption mechanism is discussed in this paper, provide reference for zeolite sorbents are applied. For Inner Mongolia coal gangue resource make full use of to lay the theoretical basis. Transformation of the implementation, using both the waste and improve the environment, no matter from economic or has its far-reaching significance in environmental protection.

我国是煤炭生产大国，每年排放的煤矸石近亿吨，全国煤矸石有效利用率不足20%。内蒙古的煤矸石大量废弃在矿井周围，造成大气、土壤、水体污染。沸石基吸附剂作为主要吸附材料在石油化工、环境保护等领域起着重要的作用。煤矸石的矿物成分主要是高岭石，和沸石在组成上有一定的相似性，为煤矸石转化成沸石基吸附剂提供了可能。本研究利用内蒙古地区煤矸石为原料，经预处理后，加一定量的导向剂合成沸石基吸附剂，利用X-射线衍射谱(XRD)、红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、差热-热重(TG-DTA)等分析手段，表征沸石基吸附剂的结构，分析沸石基吸附剂合成过程的影响因素，利用合成产品去除废水中重金属离子，研究沸石基吸附剂的吸附性能，并探讨吸咐、解吸机理，为沸石基吸附剂实际应用提供参考，为内蒙古煤矸石资源化充分利用奠定理论基础。这一转化的实现，既利用了废弃物又改善了环境，无论从经济上还是从环保上都有其深远的意义。

在内蒙古境内选取有代表性的6个地区煤矿的煤矸石进行了多次采样，采样点分别为乌海、鄂尔多斯、赤峰、霍林郭勒、锡林浩特、呼伦贝尔地区的煤矿。分析煤矸石的化学组成、矿物组成和物理特征，根据煤矸石的化学组成发现霍林郭勒、锡林浩特的样品不适合制备沸石，其他四个地区的样品具备条件。利用廉价的煤矸石为基本原料，经过预处理后制备沸石。重要结果如下：外加硅源或铝源制备出A型、X型、LSX型三种微孔和介孔沸石吸附剂。以乌海、鄂尔多斯地区煤矸石制备A型沸石的最佳条件：焙烧温度为750-850℃，焙烧时间为2.5 h，晶化温度为100 ℃，晶化时间为7 h；赤峰地区煤矸石合成X型沸石的最佳条件：钠硅比n(Na2O) : n(SiO2)为1.8；700℃下焙烧2.0 h，调节硅铝比n(SiO2) : n(Al2O3)为2.8、碱度比n(H2O) : n(Na2O)为28，50°C搅拌2.0 h，100℃晶化8.0 h；100°C干燥制得X型沸石。乌海地区煤矸石合成LSX型沸石的最佳条件：焙烧温度为700℃、焙烧时间为2 h、硅铝比为1.1、碱硅比为3.75、钠钾比为0.79、水碱比为20、陈化和晶化温度分别为60℃、100℃，陈化和晶化时间分别为30 h、4 h的条件下合成的LSX型沸石。利用X-射线衍射谱(XRD)、红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、比表面分析(BET)、差热-热重(TG-DTA)表征方法确定了这三种沸石基吸附剂的结构。用这些沸石分别吸附废水中Pb2+、Cd2+、Cu2+、Hg2+、Zn2+、Ni2+等重金属离子、高氟高砷水中的氟离子、砷离子、生源要素氮和磷，优化了吸附剂用量、吸附时间、温度、溶液pH、离子强度等吸附条件，并用准二级动力学方程探讨吸附动力学机理及用Langmuir、Freundlich 等温吸附方程探讨吸附热力学机理。所有沸石吸附剂的吸附效果均优于原煤矸石。