煤矸石合成4A沸石分子篩處理氨氮廢水

摘要：以煤矸石為原料，采用堿熔-水熱法合成4A沸石分子篩。由于煤矸石中鋁、硅主要以高嶺土形式存在，其活化過(guò)程是合成4A沸石分子篩關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為提高4A沸石分子篩鈣離子的交換能力，增加對(duì)模擬廢水氨氮的去除率，實(shí)驗(yàn)考察了碳酸鈉與煤矸石質(zhì)量比、活化溫度、活化時(shí)間、晶化溫度和晶化時(shí)間對(duì)4A沸石分子篩鈣離子交換能力的影響，同時(shí)也考察了模擬廢水的pH、4A沸石分子篩加入量及吸附時(shí)間對(duì)氨氮去除率的影響。結(jié)果表明，最佳工藝條件為，碳酸鈉與煤矸石質(zhì)量比為0.9、活化溫度為800℃、活化時(shí)間1.5 h、晶化溫度90℃和晶化時(shí)間3 h。合成4A沸石分子篩的鈣離子交換能力為310 mg/g，在pH為6的100 mL模擬氨氮廢水中加入6 g 4A沸石分子篩吸附40 min后，廢水中氨氮的去除率達(dá)到86%。通過(guò)最佳工藝條件合成4A沸石分子篩，在處理氨氮廢水方面具有一定的應(yīng)用前景。

煤矸石已成為我國(guó)積存量、占用堆積場(chǎng)地最多的一種固體廢棄物。全國(guó)現(xiàn)有煤矸石累計(jì)堆存量已達(dá)50億t，占地面積達(dá)1.5萬(wàn)hm2，并以年排放量、15億t以上的速度增長(zhǎng)。煤矸石露天堆放，在長(zhǎng)期的雨水淋漓下產(chǎn)生大量含重金屬離子酸性水，下滲將損害地下水質(zhì)，外流導(dǎo)致地表水污染，且風(fēng)化產(chǎn)生細(xì)小顆粒漂浮在大氣中，造成大氣污染。

煤矸石中SiO2和Al2O3含量約70%~80%的工業(yè)廢渣，利用煤矸石為原料制備4A沸石分子篩，可以緩解煤矸石造成環(huán)境污染的壓力，節(jié)省土地，又合成高附加值的微孔材料4A沸石分子篩，符合“十二五”資源綜合利用指導(dǎo)意見(jiàn)和大宗固體廢物綜合利用實(shí)施方案。實(shí)驗(yàn)采用煤矸石為主要原料合成用于能處理廢水中氨氮的4A沸石分子篩。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

煤矸石取自四川宜賓煤礦，主要化學(xué)成分（wt%）為SiO2，45.23。鋁酸鈉溶液：采用石灰燒結(jié)法提取氧化鋁過(guò)程的溶出液。工業(yè)級(jí)NaCO3和工業(yè)級(jí)HCl。

2結(jié)果分析與討論

2.1煤矸石活化

煤矸石中硅、鋁以高嶺土的形式存在，活性較低。為提高其活性，添加一定量的碳酸鈉作為活化劑，在高溫下，將活化劑與煤矸石中的氧化鋁和氧化硅反應(yīng)生成高活性可溶的硅酸鈉和鋁酸鈉，提高煤矸石的活性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定煤矸石的活化條件，以4A沸石分子篩的鈣離子交換能力作為控制指標(biāo)。

2.1碳酸鈉與煤矸石的質(zhì)量比確定

采用堿法活化煤矸石，碳酸鈉添加量關(guān)系到煤矸石的活化程度，將直接影響到最終合成4A沸石分子篩的質(zhì)量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)考察碳酸鈉與煤矸石的質(zhì)量比對(duì)4A沸石分子篩的鈣離子交換能力的影響，結(jié)果如圖1。圖1可知，4A沸石分子篩的鈣離子的交換能力隨著質(zhì)量比的增加而增加。這是由于隨著質(zhì)量比的增加，碳酸鈉的用量相應(yīng)的增加，使煤矸石中更多的硅鋁與碳酸鈉反應(yīng)生成為高活性的硅鋁酸鈉的緣故。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

而質(zhì)量比大于0.9時(shí)，鈣離子的交換能力隨質(zhì)量比的增加趨勢(shì)變緩，這表明煤矸石中的氧化鋁和氧化硅已經(jīng)完全的轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)硅鋁酸鈉，如再增加質(zhì)量比，無(wú)疑是增加碳酸鈉的用量和物料的處理量，致使生產(chǎn)成本增加。因此，綜合考慮碳酸鈉與煤矸石的質(zhì)量比維持在0.9比較合理。

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