改性粉煤灰范文（精选9篇）
改性粉煤灰 第1篇
关键词：粉煤灰,改性,粉煤灰综合利用
粉煤灰开发利用是固体废弃物处理的一个主要方面,开发利用好粉煤灰,不仅能够有效解决环境污染问题,而且能够变废为宝,为我国经济发展提供一个新的增长点[1]。为使粉煤灰变废为宝,必须对粉煤灰进行改性,为此国内外做过大量的研究,从结构因素的角度考虑,用于激发粉煤灰早期活性的激发剂需要满足以下条件:破坏表面的双层保护层;直接将粉煤灰玻璃体网络聚集体解聚[2]。碱性物质作用下火山灰吸收反应分2个阶段进行:第1阶段主要是粉煤灰中具有不饱和键的硅酸根和铝酸根快速反应;第2阶段部分网络状玻璃体结构解体,并生成水化硅酸钙和水化硅酸铝等胶凝性产物[3]。Na+和K+等阳离子对提高玻璃体的反应活性有一定的作用,促使网络解聚[4]。本研究通过水热活化对粉煤灰的改性进行探究,阐述在改性中一些趋势现象,对改性结果的分析,同时对影响粉煤灰改性的条件进行筛选和最优组合的确定。
1 粉煤灰改性实验
1.1 实验试剂
(1)原料:粉煤灰(国标二级粉煤灰,成分及粒度分布见表1和表2);
(2)改性剂:A1+B1,A2+B2;
(3)激活剂:J,S;
(4)溶剂:自来水。
2.2 仪器
增力搅拌器;恒温控制器;干燥器;分样筛(150目筛网一个);台秤;电子天平;恒温水浴箱;温度计(100 ℃);2 000 mL 烧杯若干个;真空烘干箱一套;研钵。
2.3 实验流程
实验工艺流程如图1。
2.4 正交实验设计
影响粉煤灰改性的条件很多,在对粉煤灰改性机理一定了解的基础上,使用相应组别对粉煤灰作改性处理,并通过测定产品的抗压强度和8 h吸水率对粉煤灰改性性能进行测评,找出影响改性粉煤灰的主要因素,并进行分析,并寻求最佳配方。本研究选取了4因素,3水平作为正交设计实验分析的基本参数,实验设计见表3、表4。
3 实验结果与分析
3.1 正交结果分析
对正交实验测试指标即吸水率和抗压强度进行极差分析,极差越大,说明该因素在实验中水平变化对指标影响越大。分析结果见表5、表6。
续表
表5列出了以A1+B1为改性剂正交结果表,从表5中关于吸水率的正交分析可以可以看出因素a的极差最大,既是改性剂A1的用量是影响产品效果的关键因素,改性剂B1是重要的因素。其他的因素为一般因素,选择产生指标较好(吸水率低)的即可。通过上述极差分析,可以看出因素的主次关系为:改性剂A1>改性剂B1>激活剂S>激活剂J。从其中的kjm来比较相同因素的优水平的判定,其中kjm越小在整个体系最优。由相互对比可以得出a3b1c3d3的组合是最好,这样组合的改性粉煤灰的吸水率是最低的,这样的改性粉煤灰做防水涂料最好。
从表5中关于强度的正交分析可以看出因素d的极差最大,激活剂S的用量是影响产品改性效果的关键因素,因素b改性剂B1是重要的因素。其他因素的主次关系为一般因素,在实际的工艺中只要选择对应指标最好(抗压强度最大)的即可。通过上述极差分析,可以看出因素的主次关系为:激活剂S >改性剂B1>改性剂A1>激活剂J。从表5中的kjm来比较相同因素的优水平的判定,在这个体系中kjm越大,在体系就是越优的因素水平。相互对比可以看出d1b1a2c3。这样组合出来的改性条件最后出来的改性粉煤灰的抗压强度是最高的。
表6列出了以A2+B2为改性剂正交结果表,从表6中关于吸水率的正交分析可以看出因素e的极差是最大的。既是改性剂A2的用量是影响产品改性效果的关键因素,因素f是重要因素,其他因素在整个体系中为一般因素,在实际的工艺中只要选择对应指标(吸水率最低)最好的即可。经过上述的极差分析得出结论:改性剂A2>改性剂B2>激活剂S>激活剂J。其中的kjm来比较相同因素的优水平的判定,其中kjm越小在整个体系最优。由相互对比可以得出e3f1h1g2的组合是最好的,这样的组合出来的改性粉煤灰的吸水率是最低的,这样的改性粉煤灰做防水涂料最好。
从表6中关于抗压强度的正交分析可以看出因素f的极差最大,既是改性剂B2的用量是影响产品改性效果的关键因素,因素h是重要因素。其他因素均为一般因素,在实际工艺过程中只要选择产生对应指标最好(抗压强度最高)的即可。经过上述极差分析可以得出结论:改性剂B2>激活剂S>改性剂A2>激活剂J。从其中的kjm来比较相同因素的优水平的判定,其中kjm越大在整个体系最优。由相互对比可以得出f1h2e1g2的组合是最好的,这样组合出来的改性条件最后出来的改性粉煤灰对应制作的试样的抗压强度是最高的。
3.2 结果分析对比
从表5和表6的各各因素的关键程度上对比,就A1+B1组合从吸水率的角度而言,因素的主次关系为:改性剂A1>改性剂B1>激活剂S>激活剂J。从抗压强度而言,激活剂S>改性剂B1>改性剂A1>激活剂J。可以看出既是同一个组别针对不同的检测指标,影响结果的主次因素也是不一样的。对于A2+B2而言亦是如此。但在两组相互对比,只是针对吸水率时,两个组别的影响因素的主次关系是一致的:均是控制体系的碱性物质和钙的含量为主要因素。对于抗压强度,在两个组别中,主次影响因素不一样。在实验方案拟定的参数下,我们满足的条件是A1+B1组合和A2+B2组合中的Ca2+和Na+的参入量一样。直观的从上两图可以看出A1+B1组合改性的粉煤灰的吸水率明显整体上都比A2+B2组合都高,这就说明A1+B1组合的通孔率和孔隙率比A2+B2组合的高。从另一个方面,试样的抗压强度。抗压强度和吸水率表现的完全相反的趋势,既是A1+B1组合的改性粉煤灰抗压强度整体都比相同参数下A2+B2组合改性粉煤灰的抗压强度要高。这就说明A1+B1组合的粉煤灰所做的试样的实体单位体积的强度要高。综上两个结论可以看出A1+B1组合改性粉煤灰,在发生水化生成凝胶时,生成的量和质量都要比A2+B2组合的要高。同时因为经济因素,在实际生产中我们都用的是A1+B1的组合。综上所有的因素我们确定的改性剂一般都是A1和B1。
4 结 论
实验采用湿法对粉煤灰进行改性,通过正交实验,研究了改性剂和激活剂对A1+B1组合活化体系与A2+B2组合活化体系的活化效果的影响,且在实验过程中使用8 h吸水率、48 h透水率和抗压强度来评价材料性能,得到以下主要结论:
(1)从改性材料对应的两个指标吸水率和抗压强度相互对比之下,改性剂A1+改性剂B1的组合对粉煤灰的活化效果最好。
(2)从正交实验分析得到改性剂B对粉煤灰改性起至关重要的作用。
(3)针对吸水率而言,改性剂A是关键因素,改性剂B重要因素。改性剂A添加的量为6,改性剂B添加的量为2。
参考文献
[1]张金山,刘烨,王林敏.我国粉煤灰综合利用现状浅析[J].西部探矿工程2008(9):215-216.
[2]岳洪滔.低等级粉煤灰活性激发及其机理研究[D].南华大学硕士学位论文,2006.
[3]曹红红,匡建新,颜国平.激发剂作用下粉煤灰火山灰反应特征的研究[J].粉煤灰综合利用,1997(2):28-32.
[4]王智,郑洪伟,钱觉时,等.硫酸盐对粉煤灰活性激发的比较[J].粉煤灰综合利用,1999(3):15-18.
[5]柯国军,杨晓峰.化学激发粉煤灰活性机理研究进展[J].煤炭学报,2005,30(3):366-369.
[6]Lea F M.Cement and concrete chemistry[M].London:Edward Arnold,1970.
粉煤灰表面改性技术的研究与应用 第2篇
粉煤灰表面改性技术的研究与应用
粉煤灰常用改性方法为酸溶法、碱溶法和表面改性法.前2种改性法的.研究国内外均比较成熟,而对表面改性技术的研究相对比较少.本课题主要是对粉煤灰进行表面改性,采用的改性剂为表面活性剂吸附改性剂、高分子聚合改性剂和偶联反应改性剂,改性工艺为火法和湿法.
作 者：张慧弟 张秀玲 ZHANG Hui-di ZHANG Xiu-ling 作者单位：河北理工大学,河北,唐山,063009刊 名：化工技术与开发英文刊名：TECHNOLOGY & DEVELOPMENT OF CHEMICAL INDUSTRY年，卷(期)：36(9)分类号：X773 TQ172.44关键词：粉煤灰 表面改性技术 活性剂 高分子 偶联剂
利用改性粉煤灰处理造纸废水的研究 第3篇
1.1 本课题的研究背景
我国以燃煤为主, 由于燃煤机组的不断增加, 电厂规模的不断扩大, 导致了其排放量不断加大, 对环境造成污染。因此如何综合利用粉煤灰成为当今环境科学的重要研究课题。
1.2 造纸工业废水的污染现状
制浆造纸工业是国民经济的重要产业之一, 其对环境所造成的环境污染问题也日益突出。据联合国环境组织估计, 全世界造纸工业每年所排的废水超过274亿吨, 其中BOD5854万吨, SS为94万吨, 硫化物100万吨。
2 粉煤灰与黑液的分析
2.1 粉煤灰的化学性质及组成
粉煤灰属于火山类物质, 其主要成份[1]是Si, A12O3, Ca O, Fe2O3等, 同时还含有少量的其它物质。粉煤灰主要由非晶态的玻璃体 (占70%~80%) 和晶体矿物石英、莫来石等组成, 而且玻璃体中也含有大量的莫来石 (3A12O3·2Si O2) 。粉煤灰的主要成份硅、铝围绕颗粒呈一定规律分布。
2.2 黑液的成分分析及污染现状
黑液是蒸煮后纸浆分离出的残液。它几乎集中了制浆造纸过程90%的污染物, 每生产1t纸浆约排除黑液10t。属强碱性有机残液。含有碱木素、半纤维素等有机物和硅酸钠、氧化钠等无机钠盐。直接拍入水体污染极为严重。
2.3 黑液治理存在的问题
在我国, 主要以麦草作为制浆的主要原料, 在技术推广应用中, 还存在造纸废水处理技术存在成本高的问题, 因此开发一种降解效率高, 成本低的造纸废水治理技术具有很大的现实意义。本实验采用了改性的粉煤灰处理造纸黑液。
3 实验过程与数据处理
3.1 改性方法
3.1.1 火法改性
改性粉煤灰经试验确定参数为:煅烧温度为850℃, 煅烧时间为2h;粉煤灰与助溶剂 (Na2CO3) 的重量比为10:17;氢氧化钠的浓度为3M, 固液比为1:10;老化时间为2h, 温度为55℃;晶化时间为5h, 温度为100℃;活化温度为500℃, 时间为1h。制得1号改性粉煤灰。
3.1.2 湿法改性
将100g粉煤灰、和8g Na C1置于500m L烧杯中, 加200m L1mol/L的H2SO4, 缓慢加热1.5h。粉煤灰经酸处理后, 其表面和微孔内变得更加粗糙, 具有物理吸附和化学混凝的双重作用。制得2号改性粉煤灰。
3.1.3 Ca O做改性剂
把100g粉煤灰放入坩埚中, 加入10g Ca O搅拌均匀, 放入马弗炉里, 温度100o C加热2小时。取出, 洗涤。制得3号改性粉煤灰。分别把1、2、3号和未改性的粉煤灰各100g放入500ml的烧杯中, 把改性后的1, 2, 3号粉煤灰进行洗涤至中性, 然后在四个样品中各加入200ml黑液废水, 在搅拌器下搅拌90min后取出。静止20h, 测其COD值和色度。根据实验结果选定采用湿法改性为改性方法。
3.2 改性酸溶液种类的确定
分别配制浓度为1M, 2M, 3M的H2SO4和HCl。分别取100g粉煤灰放入500ml烧杯中, 各加入8g Na Cl, 在分别加入不同浓度的酸溶液, 然后在六联电炉上加热2h。取下, 冷却, 洗涤至中性, 干燥后各加入100ml黑液废水搅拌90min后取下静止20h.测COD值和色度。经实验得出采用1M的盐酸与1M的硫酸。
3.3 改性酸溶液浓度的确定
把盐酸与硫酸按不同的比例 (1:1, 1:2, 1:3, 2:1, 3:1) 混合, 制得不同种类的酸溶液。分别取100g粉煤灰放入500ml烧杯中, 各加入8g Na Cl, 在分别加入不同浓度配比的酸溶液, 然后在六联电炉上加热2h。取下, 冷却, 洗涤至中性, 干燥后各加入200ml黑液废水搅拌90min后取下静止20h.测COD值和色度。经实验得出采用盐酸与硫酸的浓度比1:1的酸溶液。
3.4 改性粉煤灰用量的确定
在100 m L黑液废水中加入15, 20, 25, 30, 40, 50 g改性粉煤灰, 在搅拌器下搅拌90min后取出。静止20h, 测其COD值和色度。经过实验得出改性粉煤灰用量为25g时, COD的去除率均达56%以上, 继续增加改性粉煤灰用量, COD去除率增加不明显, 考虑本实验粉煤灰用量较大, 故选定改性粉煤用量为50克。
3.5 改性温度的确定
把6份原状粉煤灰依次放人马弗炉中匀速升温, 升温终点温度分别为100℃、200℃、300℃、400℃500℃、600℃、750℃, 90分钟后取出冷却, 将样品倒入6个500ml烧杯中, 各加入200ml黑液废水, 在搅拌器下搅拌90min后取出。静止20h, 测其COD值和色度。
通过实验:随着活化温度升高粉煤灰的吸附率逐渐增大。温度达300℃。COD去除率最高, 为68.11%。因此确定活化温度为300℃。
4 结语
4.1 实验的结论
本实验所用的改性方法是经不同的方法在不同的条件下, 通过比较获得最佳的实验方法。即用湿法改性, 以盐酸与硫酸浓度比为1:1的混合酸作为改性剂来改性粉煤灰, 改性后的粉煤灰处理造纸黑液的COD和色度值较改性前分别提高了40.64%, 36.8%。因而得出粉煤灰处理造纸废水的最佳实验条件为:改性方法为湿法改性, 改性剂是浓度比为1:1的盐酸与硫酸的混合酸, 改性温度300℃, 改性粉煤灰的用量50g/100m L。
4.2 研究重点
在今后的工作中, 我们要加强改性粉煤灰处理废水的基础理论研究, 并重视净化后废渣的处理问题。在此基础上加强粉煤灰的活化和改性研究, 提高其吸附容量。促进粉煤灰在废水处理领域的推广和应用。
参考文献
[1]周慧, 赵宗升.粉煤灰方法在处理造纸废水中的应用[J]山西建筑, 2007, 33 (2) :193-194.
[2]于晓彩, 王恩德, 王武名.改性粉煤灰处理造纸废水的研究[J]东北大学学报 (自然科学版) 2003, 24 (8) :814-816.
改性粉煤灰处理含磷废水的研究 第4篇
改性粉煤灰处理含磷废水的研究
采用浓硫酸固相反应法对粉煤灰进行改性用于含磷废水的净化,考察了pH值,吸附剂用量,磷初始浓度,反应时间对净化过程的影响.通过实验发现溶液pH值在4～10范围内对磷的吸附过程影响不显著,改性粉煤灰可以在较宽的pH值范围内进行脱磷处理;随着粉煤灰加入量的增加和初始溶液中磷酸根浓度的降低,磷的净化率逐渐增加.对于含磷50 mg/L的`溶液,当粉煤灰的投加量为1.5%时,磷的吸附效率可达99.66%,净化后水中含磷量为0.17 mg/L.改性粉煤灰对水中磷的净化过程速度较快,5 min可达到最大净化率.改性粉煤灰对磷的吸附等温线符合Freudlich方程.
作 者：许可 刘军坛 彭伟功 李见云 王香平刘蕾 姜灵彦 Xu Ke Liu Juntan Peng Weigong Li Jianyun Wang Xiangping Liu Lei Jiang Lingyan 作者单位：郑州航空工业管理学院,河南,郑州,450015刊 名：化工时刊英文刊名：CHEMICAL INDUSTRY TIMES年，卷(期)：200822(12)分类号：X7关键词：粉煤灰 改性 磷 废水 处理
改性粉煤灰 第5篇
粉煤灰是来源于火电厂与各种燃煤锅炉的一种工业固体废弃物。目前我国每年粉煤灰的排放量占世界的30%。粉煤灰的排放不仅占用了大量耕地,而且由于粉煤灰质轻粒细,极易随风飞扬,随水漂浮,容易造成环境污染,因此,粉煤灰的综合利用[1]是近年来国内外环保领域研究的热点之一。如何将粉煤灰综合利用,使其变废为宝是当今环境科学的一个重要研究课题。据调查,粉煤灰可以治理电镀废水、染料废水、含油废水、含酚废水等[2,3]。目前,随着我国化工和炼油工业的迅猛发展,含油污水的排放量日益增多,对环境造成了不同程度的污染。炼油污水的处理方法很多,如活性污泥法、生物法、活性碳法等。但由于粉煤灰价格低廉,又具有颗粒小、多孔、活性高、吸附性强的特点,所以如果用它来处理含油污水,这不仅能获得较好的经济效益,同时也达到了以废治废的目的,实现了对粉煤灰的综合利用。
1 材料及方法
1.1 主要仪器与试剂
主要仪器:FA—2004N电子天平;UV—751型紫外可见分光光度计;pHS—25型酸度计。
主要试剂:粉煤灰;NaOH;聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)等。
1.2 粉煤灰制备
粉煤灰取自本地某电厂,其成分(质量分数比),见表1。
粉煤灰的制备:将粉煤灰过100目筛,然后取500 g加入一定浓度的PDMDAAC溶液中搅拌,控制温度为(35～50)℃,搅拌时间为2 h,然后将粉煤灰抽滤,放入烘箱内烘48小时,再过100目筛,制得PDMDAAC改性粉煤灰[4]。
2 测量方法
2.1 含油废水的配制
含油废水取本地炼油厂排放污水,过滤后测定含油浓度为150 mg/L;另外,将柴油与水混合,充分振荡,静置24 h后,弃去上层浮油.配制成稳定的600 mg/L的模拟废水贮备液待用。
2.2 含油废水浓度测定
常温下,向100 mL 含油废水中加入一定量的改性粉煤灰,在恒温振荡器上振荡(转速120 r/min ),在不同pH值、不同吸附平衡时间、不同粉煤灰投加量条件下进行除油实验,得到其最佳工艺条件。水中油含量采用紫外分光光度法(在256 nm波长处)测定。向6只50 mL容量瓶中依次加入2.5、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0 mL标准油使用液,用石油醚定容50 mL,以石油醚为空白,测定吸光度,绘制标准曲线。将水样破乳,用石油醚萃取,以石油醚为参比,测定其吸光度,并由标准曲线查出相应浓度。然后计算油的去除率η。
式中:ρ0为处理前废水油的质量浓度,mg/L;
ρe为处理后废水油的质量浓度,mg/L;
W为吸附剂重量,g;
V为溶液体积,L;
Qe为吸附量,mg/g。
3 结果与讨论
3.1 改性粉煤灰用量的确定
取适量造纸废水,按粉煤灰投加浓度分别为20.0,40.0,60.0,80.0,100.0,120.0 g/L 加入改性粉煤灰,考察改性粉煤灰不同投加量对含油废品率水去除率的影响,结果如图1所示。
图1表明,随着改灰用量的增大废水中油的去除显著提高。当改性粉煤灰用量大于100 g/L时,油的去除率无明显增加,故选择改性粉煤灰的用量为100 g/L。
3.2 pH值对油去除率的影响
常温下,取10 g改粉煤灰,分别投人到盛有100 mL废水的烧杯中,然后将pH值分别调至2、4、6、8、10、12,均吸附振荡,抽滤。实验结果如图2所示。
由图2可知,碱性条件下除油率明显高于酸性条件;在pH值为10时,改性粉煤灰的除油效果最佳,油去除率可达96%。原因是粉煤灰具有多孔性结构,比表面积较大、表面能高,且表面存在着许多铝、硅等物质,因而具有较强的吸附能力。在酸性条件下,由于H+在粉煤灰表面存在竞争吸附,导致粉煤灰吸附油类物质的能力减弱。而在碱性条件下,粉煤灰所含的Al3+、Fe3+的絮凝沉淀作用与粉煤灰吸附具有协同作用,因此碱性条件下改性粉煤灰除油效果好。
3.2 正交实验结果与分析
在粉煤灰处理含油废水的过程中,有许多因素影响着粉煤灰对油的吸附,如含油废水的浓度、pH 值、反应时间、粉煤灰的投加量和温度等。可通过单因素实验,确定各因素水平。
3.2.1 正交实验设计
根据单因素实验结果,为测定实验条件对处理效果的影响,特设计正交实验。选择含油废水浓度为150 mg/L的废水100 mL,选择改性粉煤灰用量(A)、时间(B)、pH值(C)作为正交实验中的3个影响因素,各因素选取3个水平。然后参照正交表分别选择3因素和3个水平进行正交实验,并将因素、水平随机化列于表2。
3.2.2 结果与分析
按L9(33)正交实验计划表的各种条件进行实验,其实验结果见表3。
根据极差分析可知,影响去除率的各因素的重要顺序为:A > C > B,即改性灰投加量影响最大,其次废水的pH值,最后是反应时间。最佳水平组合为:A3 B3 C2,即当改性粉煤灰投加量为10 g(浓度为100 g/L),吸附时间为90 min,pH10。在此条件下进行实验,废水中油的去除率在96%在以上 。
3.3 粉煤灰在最佳pH下的吸附等温线
为探讨粉煤灰对油的吸附能力,在pH10,吸附时间为90 min的情况下,分别将10 g 的粉煤灰加入初始质量浓度为25,100,200,300,400,600 mg/L的含油试样进行测定。单位质量吸附剂的吸附量用Qe表示,处理后的滤液中油质量浓度用ρe表示。再对lgQe和lgρe作图,如图3所示。
由图3可知:在试验浓度范围内,lgQe对lgρe有良好的线性关系,表明改性粉煤灰对油的吸附符合Freundlich吸附等温模型。
4 结论
(1) 影响废水中油去除率的各因素重要性顺序依为:
改性灰投加量> 废水的pH值 >反应时间。
(2) 即当改性粉煤灰投加量为100
g/L,吸附时间为90 min,废水的pH10,在此条件下进行实验,废水中油的去除率在96%以上 。
参考文献
[1]刘国光,刘兴旺.侯杰,等.粉煤灰吸附性能的研究.中国环境科学,1994;7(5):62—64
[2]王春峰,李尉卿,崔淑敏.活化粉煤灰在造纸废水中的应用.中国资源综合利用,2004;(5):9—11
[3]任立鹏.粉煤灰在炼油污水处理方面的应用.石化技术与应用,1998;(16):104—106
改性粉煤灰在废水处理中的应用 第6篇
关键词：粉煤灰,改性,机理,应用
粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。它是燃烧煤的发电厂将煤磨成100μm以下的煤粉, 用预热空气喷入炉膛成悬浮状态燃烧, 产生混杂有大量不燃物的高温烟气, 经集尘装置捕集而得粉煤灰。作为燃煤电厂粉煤燃烧排放的废弃物, 我国每年排放的粉煤灰超过1亿t, 大量的粉煤灰不加处理, 就会产生扬尘, 污染大气, 若排入水系会造成河流淤塞, 而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。
粉煤灰的处理和利用主要限于建材制品、建筑工程、道路工程等方面。粉煤灰中的钙含量为3%左右, 有利于胶凝体的形成。它能在常温, 特别是在水热处理条件下, 与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应, 生成具有水硬胶凝性能的化合物, 因此是一种增加强度和耐久性的材料。
由于粉煤灰具有较大的比表面积和大量活性点, 可与吸附质发生化学吸附和物理吸附, 粉煤灰这种独特的物理化学特性及其低廉的价格, 使得它在废水处理方面具有广阔的应用前景。
1 处理废水机理
粉煤灰是一种高分散的微细颗粒的集合体, 其主要成分为二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙和未燃尽碳。粉煤灰的活性主要来自活性Si O2和活性Al2O3在一定碱性条件下的水化作用。粉煤灰的物理性质中, 细度和粒度是比较重要的项目。它直接影响着粉煤灰的其他性质, 粉煤灰越细, 细粉占的比重越大, 其活性也越大, 化学吸附能力也越大。
粉煤灰处理废水利用的是粉煤灰的吸附作用、絮凝沉淀和过滤作用。粉煤灰的吸附作用包括物理吸附和化学吸附。前者是指粉煤灰与吸附质 (污染物分子) 间通过分子间引力产生吸附, 这一作用由粉煤灰的多孔性及比表面积决定。后者是指粉煤灰存在大量铝、铁、硅等活性点, 对水中带负电的胶体微粒能进行强有力的吸附, 产生絮凝作用。粉煤灰中含有的助凝剂成分, 如Ni、C0、As、Na、Li、Ca等, 能促进其沉降。另外, 由于粉煤灰颗粒的孔隙率较大, 因此废水通过粉煤灰时, 粉煤灰也能过滤截留一部分悬浮物。粉煤灰的沉淀和过滤只能对吸附起一定的补充作用, 不能替代吸附的主导地位。
2 改性方法
利用粉煤灰处理废水通常先对其进行改性处理, 提高其吸附性能。目前, 对粉煤灰的改性主要有酸改性法及碱改性法两种。
2.1 酸改性法
粉煤灰中加入少量硫铁矿、氯化钠等, 在较高的温度下用酸浸取, 可以增加粉煤灰的铁含量, 进而增强其絮凝作用, 提高了混凝沉淀的速率。也可以将粉煤灰在烘箱中烘干磨细, 再用盐酸和硫酸混合处理, 可以制得铝、铁含量较高的混凝剂。由于粉煤灰成分中含有铝铁钙等金属氧化物, 酸浸的结果使这些金属氧化物变成了铁和铝的硫酸盐、氯化物等具有较强的吸附脱色及凝聚作用的无机盐。而粉煤灰颗粒又可作为絮凝体的载体。另一方面, 用酸改性的粉煤灰, 表面状况发生较大变化, 由原来的光滑致密变得粗糙不平, 空隙的通透性有很大改善, 使粉煤灰颗粒的比表面积增加, 增强了吸附能力, 更有利于污染物的吸附去除。
2.2 碱改性法
有3种方法可对粉煤灰进行碱性改性:一种是将原灰与碱溶液在一定的温度下混合改性;另一种是将粉煤灰预处理后与碱溶液混合的方法;第三种是将粉煤灰与碱焙烧熔融, 使粉煤灰颗粒转化为硅酸盐和铝酸盐。
2.3 研磨细化减小粒径
粉煤灰颗粒越小, 比表面积越大, 吸附效果越好。通过粉煤灰对有机活性染料脱色效果的研究进一步证实, 粉煤灰的粒度越小, 对染料等污染物质的去除率越高, 粉煤灰吸附染料的最适宜粒度为0.125 mm。因此将粉煤灰研磨细化, 减小粒径到适宜程度, 可以使其吸附能力明显提高。这是从物理性质进行的粉煤灰性性。
2.4 铁屑法
对于p H值较低的印染废水, 投加铁屑和粉煤灰分别为5%和6%, 可使废水COD的去除率达77%以上, BOD的去除率达到85%以上, 脱色率为95%以上。这种方法处理废水的机理主要是铁屑与粉煤灰的电化学作用。铁和碳的电极电势存在明显差异, 在电解质溶液中相互接触的铁和粉煤灰可作为粉状电极, 构成数目众多的微原电池, 电极反应中产生的新生态氢和三价铁。此改性剂具有较强的还原性, 在偏酸性溶液中能与印染废水中的许多组分发生还原反应, 破坏有色物质的发色结构, 使染料的共轭体系发生断裂而达到脱色目的。
2.5 混凝法
用粉煤灰、稀硫酸、氯化钠制备粉煤灰混凝剂, 对废水具有沉速快、污泥量小等优点。加入氯化钠是为了打开硅铝键, 同时, 稀硫酸将粉煤灰致密体中的铁和铝等具有絮凝效果的元素浸出。粉煤灰在一定温度下浸提后, 一方面比表面积显著增加, 表面价键的不饱和性加上所存在的大量含氧基团, 使其对染料有较强的吸附能力;另一方面酸溶下来的铁和铝在适宜的p H值条件下, 形成絮状沉淀能降低废水的化学需氧量和色度。再加上其中的聚硅酸大分子具有较强的吸附架桥和网捕能力, 能将废水中难溶化合物及细小颗粒从水中分离。
3 在水处理领域的应用
粉煤灰处理废水的主要影响因素有以下几个方面:
(1) 粉煤灰的粒径和比表面积, 粉煤灰粒径越细、比表面积越大, 处理效果越好。
(2) 粉煤灰的化学组分, 粉煤灰中二氧化硅及氧化铝等活性物质含量高, 有利于化学吸附。
(3) 溶液的p H值, p H值直接影响处理效果, 但p H值的影响结果与吸附质的性质有关。
(4) 温度, 国内外研究表明, 温度越低, 粉煤灰对废水中有害物质去除率越高。
(5) 吸附质的性质, 废水污染物质的溶解度、分子极性、分子量大小、浓度等对处理效果有影响。分子量越大、溶解度越小, 处理效果越好。
3.1 脱色处理
粉煤灰具有较强的吸附能力, 对色度有很好的去除效果, 因此广泛应用于工业废水色度的去除。粉煤灰在印染废水处理中的应用研究印染废水是中国目前主要的、难处理的工业废水之一。从目前研究的成果看, 直接利用粉煤灰作为吸附剂、絮凝混凝剂进行印染废水处理, 效果并不理想, 而对粉煤灰进行适当的改性或活化后, 其吸附性能会大大改善, 色度去除率高达90%。
3.2 去除磷氮废水
利用粉煤灰对含磷废水进行处理, 结果表明, 粉煤灰是一种有效的吸附剂, 在含磷浓度为50~120 mg/L, 每50 m L粉煤灰用量为2~2.5 g, 粒径范围0.10 mm, p H值中性的实验条件下, 磷的去除率最高可达99%以上。
粉煤灰处理含氨氮废水的试验研究, 结果表明粉煤灰是一种有效的吸附剂, 在含氨氮为10~200mg/L的模拟废水中, 每50 m L废水粉煤灰用量为5~10 g粒径范围0.1 mm以上, p H值为4.5~6, 振荡时间4 h以上, 在上述条件下氨氮去除效率在50%以上。其处理效果达到或超过了二级生化处理。
3.3 去除有机物
粉煤灰对多种废水中的有机需氧量、无机需氧量和悬浮物均有较好的处理效果。粉煤灰对生活污水中的BOD和COD有较强的吸附作用, 当灰水比为1∶10时, 粉煤灰对该污水COD的平均去除率达86%。实验表明, 以粉煤灰吸附焦化废水, 处理水量1 000 t/h, 粉煤灰用量1.7 t/h, 焦化废水中的COD、BOD等去除率均达到国家一级排放标准, 净化后水质较好。
3.4 去除重金属离子
粉煤灰对一些重金属如汞、铅、铜、铬等有较好的吸附效果, 吸附去除率在40%~90%之间。p H值对粉煤灰吸附重金属离子的效果有一定影响, 适宜的p H值在4~7之间。以粉煤灰为主要成分处理含铬废水。粉煤灰对三价铬有较好的吸附能力, 去除率可达90%以上, 是一种物美价廉的吸附剂。利用煅烧-碱溶法对粉煤灰改性后在处理模拟含铅废水时, 其去除率为84%。用稀盐酸溶液和饱和氯化钠溶液再生此吸附剂, 解吸率达到了98%以上, 此再生的吸附剂处理含铅废水的去除率也达到了83%以上。粉煤灰对铜的吸附性能, 在适宜条件下, 粉煤灰对铜的去除结果十分良好。粉煤灰对一价汞的吸附效果甚至比活性炭优异, 去除率可达99%以上。
3.5 去除氟和磷
用粉煤灰处理含氟废水, 可使含氟20~100 mg L的原水除氟率达50%以上, 而应用粉煤灰一生石灰体系除氟可以使其含氟量降至工业废水排放标准以下。粉煤灰对生活污水中的磷有一定的去除作用, 去除率达60%。利用粉煤灰研制的粉煤灰复合吸附剂是一种新型的除氟剂, 具有良好的吸附性能。在一定条件下, 可用于处理高含氟量的工业废水, 粉煤灰复合吸附剂处理50 mg/L的含氟废水时, 当投加量为0.6%时, 去除率可达90%以上, 达到排放标准。粉煤灰复合吸附剂所需原料易得, 除氟后可将原料固化制成建筑用砖, 从而得到合理利用。
4 有待解决的问题
粉煤灰作为一种新型的污水处理剂, 原料来源广泛, 操作简单, 并具有以废治废、节约能源的特点, 具有广泛的应用前景。但是真正实现粉煤灰处理废水的工业化应用仍有很多工作要做。要加大应用力度, 将实验室成果大胆投入工业试验。解决污泥出路, 避免二次污染。处理后产生大量的污泥, 其中可能含有一些有毒有害物质如重金属离子, 期待有关部门加强监管, 不能作为农肥施用, 用后粉煤灰可以作为墙体材料或填筑路基使用。
参考文献
[1]马志毅, 周凤鸣, 吴炳耀, 等.用粉煤灰处理含氟废水的研究[J].中国环境科学, 1991, 11 (6) :460-463.
[2]李长春.对纺织印染污水的综合处理效果研究[J].环境工程, 1994, 12 (4) :47.
[3]阎存仙, 周红, 李世雄.粉煤灰对染料废水的脱色研究[J].环境污染与防治, 2000, 22 (5) :3-5.
[4]黄彪, 吴新华, 黄碧忠.粉煤灰活性炭处理六价铬废水的试验研究[J].环境科学进展, l998, 6 (1) :77-80.
改性粉煤灰 第7篇
铬（Cr）是自然界分布很广的元素，也是工业废水中毒性较大的污染物之一。随着工业的发展，含铬废水大量排放，造成水体和土壤的污染，直接影响人类饮用水的卫生状况，在电镀、制革、化工、颜料、冶金、耐火材料等行业，含铬废水的排放量不断增加，铬污染是环境污染的重要因素之一。国家明文规定，工厂排出废水含铬及其化合物最高浓度为0.5mg.L-1[1]。就电镀废水而言，全国约有1万家电镀厂，每年排放出的废水达40亿m3。
1 利用粉煤灰处理含铬废水的优点
粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后的烟气集中收集的固体废弃物。我国是以煤炭为主要能源的国家，全国76%的电力是由燃煤电厂产生的，每年发电用煤达4亿吨以上，占全国煤产量的三分之一[5]。我国目前粉煤灰的年排放量已愈万吨，居世界前列，除部分被用于筑路、烧砖、作水泥和混凝土的掺和料和改良土壤等方面外，其它作为废弃物堆积起来，不仅占用大量耕地，而且给环境带来污染[6,7]。
由于粉煤灰是煤粉在悬浮燃烧条件下经受热面吸热后冷却形成的，因此在表面张力的作用下，粉煤灰表面疏松多孔，比表面积大且具有活性基团和吸附特性，这就决定了粉煤灰在水处理中可以得到很好的利用。
2 材料与方法
2.1 实验试剂和仪器
主要化学试剂有：二苯碳酰二肼，磷酸，硫酸，丙酮，重铬酸钾，氢氧化钙，氢氧化钠，盐酸。
主要仪器有：恒温鼓风干燥箱，HZQ—F160型全温度振荡培养箱，分析天平，电阻炉，电阻炉控制箱，721型分光光度计，10mL石英比色皿，比色管，锥形瓶等。
2.2 用改性钢渣处理含铬废水
钢渣是炼钢过程排出的熔渣，其构成包括金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物，被侵蚀的炉衬料和补炉材料，金属炉料带人的杂质（如泥沙）和为调整钢渣性质而专门加入的造渣材料。钢渣疏松多孔，比表面积大，具有一定的吸附能力，而且钢渣的密度大，在水中的沉降速度快，易于固液分离。
2.2.1 实验物料
钢渣为某炼钢厂的转炉钢渣，先将其碎成小块，再用磨样机将其磨碎待用。
2.2.2 钢渣的预处理
钢渣的碱性氧化物含量很高[8]，因此溶于水时p H值较高。溶液pH值过高易导致金属离子生成氢氧化物沉淀，影响对钢渣吸附性能的评估。为消除这一直接影响，钢渣需做中和预处理，降低其pH值；同时钢渣中含有Mn、Fe、Al等易溶出有害离子，易对水体造成二次污染。因此必须在做吸附前对钢渣进行预处理。实验采用10%的硫酸对钢渣进行酸洗预处理，用硫酸和氢氧化钠调节废水的pH值。在装有30g钢渣的锥形瓶内加入pH值为0.5的10%硫酸溶液45mL，将锥形瓶固定在恒温振荡器内，振荡一段时间（1h左右）后取出，测得其pH值为3，说明酸已过量，然后过滤，用蒸馏水反复清洗，至滤液中性为止，最后将钢渣放在烘箱内在100℃左右烘干，冷却至室温后将其磨细，并过筛以备用。
2.2.3 改性钢渣对铬离子吸附效果的试验
将用硫酸处理过的粒度不同的钢渣2g对5OmL含3mg/L的离子废水进行吸附实验，结果如表1所示。
由表1可见，钢渣的粒度对铬离子的吸附效果有一定的影响，随着粒度增加，钢渣的吸附效果略有增加，但是影响不大。这是因为颗粒较粗，其比表面积和表面能较小，不利于吸附的进行；而颗粒太细，尽管其具有较大的比表面积和表面能，但其微观结构在研磨过程中遭到破坏，同样得不到最佳的吸附效果。而且当钢渣非常细的时候，吸附后的钢渣不易沉降，反而影响吸附效果。钢渣的密度比较大，处理废水后，液固分离比较快，并且出水也比较清澈。
2.3 用改性粉煤灰处理含铬废水
2.3.1 实验物料
粉煤灰为某燃煤电厂干灰。将粉煤灰研磨后并筛分成80目、100目、120目、140目、180目，得到实验用的粉煤灰。
2.3.2 原状粉煤灰对铬离子的去除率
筛分过的粒度不同的2g磨细的原状粉煤灰对50mL含3mg/L的Cr6+离子废水去除结果如表2所示。
通过表2可以看出，粉煤灰的粒度对吸附效果有一定的影响，粒度越小，吸附效果相对较好，但140目与180目吸附效果相当。2g粉煤灰对50mL含Cr6+3mg/L的废水去除率最高只可达23.33%。实验证明在同样条件下，1g 140目的原状粉煤灰对50mL 3mg/L铬离子废水的去除率仅为15%。
2.3.3 粉煤灰的改性
将粉煤灰与氢氧化钙按1:1的比例在研钵内充分混合后，放入瓷坩埚内，再放入电阻炉中在800℃、900℃、1000℃温度下分别煅烧1h,2h,3h,4h。为了减少粉煤灰的烧失量，提高收得率，并提高改性粉煤灰的吸附能力，在煅烧的同时往电阻炉中通人氮气。
实验证明，用此种方法对粉煤灰进行改性，效果很好，吸附效果最好时1g改性粉煤灰对50mL 3mg/L的Cr6+离子废水的去除率为97.78%。
2.3.4 改性机理解析
氢氧化钙的作用是提供一定的碱度，保持生成物一定的结构与形态，还增加粉煤灰中硅铝的溶出率。
煅烧活化粉煤灰的原理：粉煤灰在高温煅烧过程中生成大量无定形物质，释放出一定的活性，表面和内在孔隙率大大提高。含碳量高的粉煤灰经焙烧后发生体积膨胀，其表面和内部形成大量的微孔，表面呈峰窝状结构，这些暴露于表面的孔穴对水体和空气中的化学物质具有一定的吸附性能，因而焙烧后的粉煤灰吸附性能优于原状粉煤灰。
3 处理条件对Cr6+去除率的影响
以上对铬离子吸附效果的分析都是用粉煤灰对3mg/L的Cr6+废水去除率作为比较的标准，而综合电镀废水中含有的Cr6+为30mg/L左右[9]，因此后续实验讨论用改性粉煤灰对含Cr6+为30mg/L的废水进行。将一定量的吸附剂加入50mL一定质量浓度的含离子废水的锥形瓶中，然后将其放入恒温振荡培养箱中，在210 r/min、25℃条件下振荡80min，静置30min左右，用普通滤纸过滤，取上清液用分光光度计测定吸附后的吸光度，对照标准曲线确定铬离子的浓度，然后计算去除率。
3.1 改性粉煤灰加入量对Cr6+去除效果的影响
改性粉煤灰（140目）加入量对50mL含Cr6+30mg/L废水的去除率的影响如表3所示。
由表3可见当加入量仅为0.6g时，其去除率就达到了71.33%，说明此改性粉煤灰吸附铬离子的效果相当好。当加入量为4.5g时，去除率达到最高，再加入Cr6+吸附剂去除率不会升高，达到了吸附饱和。当加入量为2g时，去除率已经达到97.87%，此时废水中Cr6+的质量浓度为0.426mg/L，而国家排放标准为0.5mg/L，已经远远低于国家排放标准。因此后续实验将在50ml含Cr6+30mg/L的含铬废水中加入2g改性粉煤灰的条件下进行。
3.2 振荡时间对Cr6+去除率的影响
将2g改性粉煤灰加入50mL含Cr6+30mL的含铬废水中，在210 r/min、25℃条件下振荡80min，其对铬离子的去除效果如图1所示。由图1可知，当振荡时间为1h时，去除率不再发生变化，说明当振荡时间为1h时系统已经达到了吸附平衡，因此后续实验取振荡时间为1h。
3.3 温度对Cr6+去除效果的影响
调节全温度振荡培养箱的温度，在不同的温度用210r/min的震荡速度振荡60min,2g改性粉煤灰对50mL质量浓度为30mg/L的含铬废水的去除结果如图2所示。随着吸附过程温度升高，改性粉煤灰对铬离子的吸附能力有所下降，可见高温不利于吸附的进行，吸附过程是放热的。但是在20一30℃之间，温度对吸附的影响相差不大，因此实际操作中，室温是可取的。本实验采用温度为25℃（室温）条件下进行振荡吸附。
3.4 振荡速度对Cr6+去除效果的影响
在25℃用不同的振荡速度振荡60min,2g改性粉煤灰对50mL含Cr6+30mg/L的含铬废水的去除结果如图3所示。
从图3可以看出，转速从50r/min增加到210r/min过程中去除率呈逐渐上升趋势，这是因为振荡器振荡速度增加，吸附剂运转速度加快，提高了吸附剂与铬离子接触几率。但当转速达到240r/min时，虽然吸附剂的运转速度加快，但大部分旋转在锥形瓶中央，与锥形瓶内侧溶液接触机会少，导致去除率降低。当转速为210r/min时铬离子的去除率最高。
3.5 废水的初始pH值对铬离子去除效果的影响
用HC1和NaOH调节含铬废水的pH值，用不同pH值在210 r/min、25℃的条件下振荡60min,2g改性粉煤灰对5OmL含Cr6+30mg/L的废水的去除率结果如图4所示。
从图4可以看出，在pH值为3-10范围内，改性粉煤灰对铬离子的去除率随着PH值的升高而降低，酸性条件下有利于改性粉煤灰的吸附。这是因为粉煤灰中所含的铝或铁的氧化物被酸所激活而具有了吸附活性，使得pH值成为影响吸附效果的主要以因素之一。
4 结论
本次试验用钢渣处理含铬废水没有达到很好的效果，可以考虑用FeSO4先将Cr6+还原为Cr3+，再用预处理后钢渣进行吸附。并且因为钢渣本身所具有的一些优点，用钢渣作吸附剂应当会有较好的发展前景。原状粉煤灰对铬离子的去除效率很低，用氢氧化钙对粉煤灰在隔绝空气的环境下进行高温活化后制得的改性粉煤灰对铬离子的吸附效-果很好。2g改性粉煤灰在中性条件下对50ml含Cr6+30mg/L废水的去除率已经达到97.87%；震荡时间为1h时，系统便已经达到吸附平衡；随着温度升高，去除率下降，实验操作条件可选室温；当振荡速度为210r/min时，Cr6+的去除率最高；PH升高不利于粉煤灰的吸附。
利用粉煤灰吸附，操作简单、投资少、处理后废水可循环使用、吸附剂可再生利用等优点，因此粉煤灰在我国处理含铬废水中得到了广泛的应用。
摘要：研究了钢渣和改性粉煤灰对六价铬离子的去除效果。研究结果表明,钢渣对六价铬离子的去除效果不是很好。用氢氧化钙对粉煤灰进行高温活化后对六价铬有良好的去除效果。改性粉煤灰对六价铬的去除效果受粉煤灰的加入量、温度、振荡速度和废水初始pH值的影响。应考虑改性粉煤灰在工业上的推广应用。
关键词：钢渣,粉煤灰,改性吸附,六价铬
参考文献
[1]GB 8978-1996.污水综合排放标准[s].
[2]王心芳,魏复盛.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社.1989.
[3]胡涛,李亚云.含铬废水的治理研究.污染防治技术,2OO5,8(18):5-7.
[4]黄彪,吴新华,黄碧忠.粉煤灰活性炭吸附水中六价铬试验[J].化工环保,1997,17(6):346-349.
[5]夏畅斌.改性粉煤灰吸附对硝基苯酚的研究[J].环境科学与技术,2000,(3):35.
[6]李磊,朱强,徐炎华,等.粉煤灰处理废水技术研究进展[J].粉煤灰综合利用,2006,(4):54-56.
[7]王绍文,梁富智,王纪曾.固体废物资源化技术与应用[M].北京:冶金工业出版社,2003:212.
[8]刘盛余.马少健,高谨,等.钢渣吸附剂吸附机理的研究[J].环境工程学报,2008,2(1):115-119.
改性粉煤灰 第8篇
关键词：改性粉煤灰,苯酚废水,吸附
1 粉煤灰的性质
粉煤灰的主要成分为为硅、铝和镁的氧化物, 其中二氧化硅、氧化铝及氧化铁总量约占粉煤灰的85%左右。粉煤灰的品质主要取决于粒径、形貌不一的各种颗粒成分的组合比例。常温下粉煤灰是一种性质稳定的材料。在一般情况下, 粉煤灰中的氧化钙或硫酸钙的含量越高, 其凝固作用越大, 高钙灰的自硬度很高。在水的作用下, 粉煤灰颗粒不会发生溶解和软化现象。
2 粉煤灰在废水处理中的应用
2.1 粉煤灰处理废水的机理
从粉煤灰的理化性质来看, 粉煤灰去除废水中的有害物质主要是通过吸附, 也有一定的絮凝沉淀和过滤作用。吸附包括物理吸附和化学吸附。物理吸附效果取决于粉煤灰的多孔性及比表面积, 比表面积越大, 吸附效果越好。化学吸附主要是由于其表面具有大量Si、Al等活性点, 能与吸附质通过化学键发生结合。在酸性条件下, 阴离子可与粉煤灰中次生的带正电的硅酸铝、硅酸钙和硅酸铁之间形成离子交换或离子对的吸附。
2.2 粉煤灰吸附规律
粉煤灰与吸附质之间的物理吸附符合Freundlich吸附等温式, 即1gqe=1gkf+1/nlgc。
2.3 影响粉煤灰吸附性能的主要因素
温度、颗粒粒度、溶液pH值、吸附质的性质、灰水比。
2.4 小结
随着人们对粉煤灰的性质特点认识的深化, 粉煤灰在废水处理中的应用领域越来越广, 粉煤灰的应用正在从低层次向高层次转变。为此, 我们针对粉煤灰在处理含酚废水中利用, 对其吸附特性进行了实验研究。
3 利用粉煤灰的吸附特性处理含酚废水
3.1 分析方法
酚类的分析方法报道较多, 应用最广的是4—氨基安替比林直接比色法。
3.2 实验药品与仪器
(1) 药品和试剂:苯酚;盐酸;4—氨基安替比林;氯化铵;酚标准液;改性粉煤灰;去离子水。 (2) 仪器:分光光度计722S;WG-71型电热鼓风干燥箱;HS-25型酸度计;PF-1型氟电极;232型饱和甘汞电极;电子天平;锥形瓶;容量瓶;试剂瓶等。
3.3 实验方法
在带塞的锥形瓶中加入一定浓度的含苯酚水样和1g改性粉煤灰, 置于康氏振荡仪上, 振荡一定时间后, 离心沉降分离, 取上清液分析苯酚浓度。
3.4 实验结果和分析
(1) 吸光度与浓度、标准曲线的求取。
吸取0, 0.5, 1.00, 3.00, 5.00, 7.00, 1000, 12.50mL的酚标准中间液分别置于50ml的容量瓶中, 然后分别加入0.5mL缓冲溶液, 加1.0mL4—氨基安替比林, 再加1.0mL铁氰化钾, 用水稀释至50ml, 混匀。用2cm石英池。在λ=510nm测定其吸光度。将所得吸光度值和浓度值, 经直线回归后, 绘制标准曲线 (图1) 。
(2) 吸附速率。
改性粉煤灰对苯酚的吸附速率曲线见图。
实验结果表明, 改性粉煤灰吸附水中苯酚吸附的速度很快, 在10min左右基本达到平衡。由于改性粉煤灰吸附苯酚后, 不需再生就可以直接二次利用。在以后的吸附实验中用30min作为吸附平衡时间 (图2) 。
(3) 吸附等温线。
苯酚标准溶液配成浓度各为60mg/L、50mg/L、40mg/L、20mg/L、10mg/L的试样5份, 各加入1g改性粉煤灰, 振荡30min, 用改性粉煤灰对苯酚进行吸附, 达吸附平衡时按照紫外分光光度法分别测得苯酚的平衡质量浓度并计算相应的吸附量, 得苯酚的吸附等温线见图3。对粉煤灰—苯酚系统的静态等温吸附数据用不同的吸附模型进行线性回归。
结果表明:粉煤灰对苯酚的吸附是物理吸附, 等温吸附方程能很好的符合Freundlich吸附等温式, 即:lgqe=lgkf+1nlg Ce其中:qe为平衡吸附量, Ce为平衡浓度, kf, 1n为经验常数。同一温度下, 不同污染物的kf, 1n各不相同, 由实验确定。
(4) 改性粉煤灰和原粉煤灰对苯酚吸附特性的比较在其他条件相同时, 测定比较了原粉煤灰和改性粉煤灰对苯酚吸附性能的差异见图4。
由结果知, 在相同条件下, 改性粉煤灰对苯酚的吸附量要大于原粉煤灰。这可能是由于通过改性, 改善了粉煤灰表面特性, 增大比表面积;而且在浓盐酸的作用下, 可使在孔隙中的金属氧化物形成离子, 经蒸馏水清洗及抽滤后, 随滤液流, 使粉煤灰孔隙疏松, 比表面积和孔径增大。
(5) 改性粉煤灰和活性炭对苯酚吸附特性的比较分别用1g改性粉煤灰, 0.02g活性炭作为吸附剂, 吸附平衡时测得苯酚的平衡质量浓度并计算相应的吸附去除率, 比较结果如图5示。
由结果可知, 活性炭对苯酚的吸附去除率稍好于改性粉煤灰, 但由于活性炭不仅价格远高于改性粉煤灰, 而且再生复杂;而改性粉煤灰属于废物再利用, 几乎是属于零成本, 吸附后不用再生, 即可进行烧砖再利用;因此, 利用改性粉煤灰处理含酚废水有广阔的市场前景。
3.5 实验应注意事项
(1) 减少人为的误差, 必须是同一个操作员用同一种粉煤灰样本对上清液吸广度测定过程重复三次。 (2) 粉煤灰的湿度可以很大程度上影响测量的精确度.在任何测量之前飞灰样本都被干燥过。
3.6 结论
本文研究了改性粉煤灰模拟处理苯酚废水。在实验浓度范围内, 其静态等温吸附符合Freundlich吸附等温式, 即:lgqe=lgkf+1nlgCe等温方程, 吸附过程具有较快的动力学速率, 而且在酸性条件下, 改性粉煤灰对苯酚的吸附量较大。粉煤灰来源丰富且属于废物再利用, 作为吸附剂不用再生可直接二次利用。因此, 用粉煤灰作为吸附剂将有可观的应用前景。
通过以上的实验和分析讨论得出以下结论: (1) 粉煤灰由活性Al2O3、SiO2和未燃尽碳等组成, 为一多孔物质, 比表面积较大, 具有较强的吸附活性。 (2) 该法处理苯酚废水工艺简单、操作方便、不仅处理效果好且费用特别低。 (3) 由于粉煤灰来源广泛, 成本低廉, 易于推广, 是一个以废治废的好项目。
4 结语
本实验是在实验室里进行的, 有些技术已应用于工业实践, 如应用于中小型化工企业和污水处理厂治理含酚废水还存在很多问题: (1) 粉煤灰与废水反应池的设计问题, 需要考虑搅拌速率。 (2) 混合液的分离问题, 怎样把改性粉煤灰从废水中过滤出来, 工业中很难实现。 (3) 如何提高粉煤灰吸附容量的问题。限制了粉煤灰在废水处理中的应用。
改性粉煤灰 第9篇
利用工农业废弃物生产满足节能建筑要求的自保温墙材既能综合利用再生资源变废为宝, 又与国家提出的循环经济及可持续发展理论相吻合, 是墙材发展的主要方向。
脱硫石膏是燃煤电厂排放量很大的固体废弃物, 根据“十二五”国家对节能减排工作的要求, 预计到2015年, 煤电机组基本全部配套脱硫装置, 脱硫石膏年产量将达8000万t以上。脱硫石膏主要利用途径有建筑石膏板材、工业用水泥缓凝剂、铺路及其他四大类, 而筑路回填的经济附加值较低, 不能完全实现脱硫石膏的资源化利用[1]。
本研究通过无机材料复合的方法对脱硫建筑石膏进行改性处理, 提高脱硫石膏的强度及耐水性能, 研究具有防火保温性能的自保温砌块, 可为石膏砌块在建筑外围护结构中的应用提供新的途径。
1 原材料性能及配合比
1.1 脱硫石膏
脱硫石膏是一种优质胶凝材料, 其品质基本与天然石膏相同, 是制备石膏建材的良好原料。脱硫石膏具有高强、质轻、防火等优良特点。但其耐水性差, 大大限制了在建筑中的应用。石膏耐水性差的原因是[2]:石膏水化的理论需水量为18.6%, 但为保持浆体的流动度, 石膏砌块成型时往往加入远大于理论需水量的拌合水, 达到60%以上。当石膏浆体硬化后, 多余的水分在基体内部产生大量连通空隙和毛细孔。硬化浆体一旦接触水分, 水很快渗透到内部并反复进行迁移, 导致硬化浆体吸水率较大。另外, 二水硫酸钙在水中的溶解度大, 在水作用下很容易发生溶蚀, 破坏晶体结构, 导致石膏硬化体强度下降, 从而导致软化系数降低。因此, 目前石膏基砌块多为内隔墙砌块, 没有技术成熟的外墙砌块。
本研究采用β型脱硫石膏, 其主要成分是CaSO4·2H2O, 含量85%以上, 另含有少量的Mg O。
1.2 水泥
采用42.5级普通硅酸盐水泥。水泥中的硅铝酸盐与石膏中的硫酸钙发生水化反应, 生成水化硫铝酸钙和硅铝酸钙, 这些水化产物的稳定性和耐水性比二水石膏结晶结构的好且强度高, 可在硬化体中形成稳定的网络结构。在脱硫石膏制品中添加水泥可改善力学性能及耐水性能。基于充分利用脱硫石膏和保证性能的原则下, 水泥的掺入量应控制在20%以内[3]。
1.3 粉煤灰和生石灰
采用Ⅰ级粉煤灰, 细度6.4。粉煤灰中的主要成分为Si O2, Al2O3在生石灰等碱性激发的条件下, 参与水泥与Ca SO4的水化反应, 生成高强耐水的水化产物。另外, 其中未水化的颗粒填充孔隙, 形成致密的晶胶结构, 可提高强度。
1.4 减水剂
在石膏中掺入聚羧酸系减水剂能有效降低用水量, 改善石膏的微观结构, 促进晶体的生长, 提高石膏制品的强度, 且有缓凝作用。
1.5 聚合物乳液
SN聚合物乳液是可溶解于水并形成凝胶的有机聚合物, 当石膏料浆充分搅拌后, 凝胶均匀地分散在石膏浆体中, 在石膏浆体中形成网络结构, 使石膏的吸水率降低。
1.6 玻化微珠
玻化微珠是一种无机轻质绝热材料, 能显著提高砌块的热工性能。所用玻化微珠表观密度100kg/m3, 导热系数0.046W/ (m·K) 。
1.7 配合比
基于充分利脱硫石膏, 保障产品的性能并利于工业化生产的原则, 水泥粉煤灰改性脱硫石膏基自保温砌块的配合比确定为:胶凝材料:脱硫石膏:粉煤灰:水泥:石灰=48%:28%:18%:6%, 水胶比0.48, 聚羧酸减水剂0.3%, SN聚合物乳液0.3%, 玻化微珠与胶凝材料比为0.25。
2 块体设计及生产工艺
2.1 块体设计
砌块采用390mm×190mm×190mm和390mm×240mm×190mm双排孔结构, 空心率20%以上。
2.2 生产工艺
采用全自动化生产线, 工艺流程见图1。
3 砌块性能测试与分析
砌块的抗压强度、容重、吸水率、软化系数、碳化系数、干缩性能、抗冻性等按GB/T 15229《轻集料混凝土小型空心砌块》规定的试验方法测定, 其中抗冻性试验采用冻融25次。采用GB/T 13475《绝热稳态传热性质的测定标定和防护热箱法》规定的方法测试热工性能。
成品养护28d后, 各项性能测试结果如下:
表观密度820kg/m3;抗压强度平均值5.6MPa, 最小值4.8MPa;吸水率15%;干收缩率0.051%;25次冻融循环后质量损失3.2%, 强度损失15%;碳化系数0.85;软化系数0.85;热阻 (厚240mm砌块) 0.98 (m2·k) /W;导热系数0.24W/ (m·K) 。
以上测试结果表明, 水泥-粉煤灰改性脱硫石膏基自保温砌块的物理力学性能满足国家相关标准中对于外墙砌块的要求, 其热阻满足夏热冬冷地区建筑节能外墙的技术要求。
4 经济和社会效益分析
水泥-粉煤灰改性脱硫石膏基自保温砌块性能先进, 基本实现自动化生产、且施工便捷是目前石膏砌块理想的升级产品, 经济和社会效益显著。其经济效益分析如下:以江苏年产6万m3的生产工厂为例, 其材料成本约210元/m3, 生产管理成本约90元/m3, 综合成本约300元/m3。而目前市场外墙外保温系统加外墙体的市场价格在400~500元/m3, 故产品具有显著的经济效益。
另外, 以年产6万m3自保温砌块的生产工厂为例, 每年可消耗2.5万t脱硫石膏和1.5万t粉煤灰, 工业废弃物的利用率达到75%以上。
5 结语
利用工业副产烟气脱硫石膏、粉煤灰以及其他各类石膏, 通过有机无机材料复合的方法对脱硫建筑石膏进行了改性处理, 提高了脱硫石膏的强度及耐水性能, 其成型产品能够满足夏热冬冷地区建筑节能的自保温墙体要求。在此基础上形成的自动化生产工艺, 为工业石膏找到了一条高附加值规模化利用的途径, 具有显著的经济效益和社会效益。
摘要：分析了水泥-粉煤灰改性脱硫石膏基自保温砌块的原材料性能以及配合比, 介绍了砌块的生产工艺和产品性能。采用有机无机复合的方法对脱硫石膏改性, 其物理力学和热工性能满足夏热冬冷地区建筑节能自保温墙体的要求。
关键词：脱硫石膏,自保温砌块,力学性能,软化系数
参考文献
[1]刘涛, 朱林.江苏省燃煤电厂脱硫石膏排放利用状况及综合利用对策[J].江苏电机工程, 2013, 32 (2) :10-13.
[2]陈燕, 董若兰, 金诚.石膏建筑材料施工手册[M].北京:中国计划出版社, 2000.