CN103736440B - 一种以煤基固废为原料制备活性硅吸附材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以粉煤灰或煤矸石等煤基固废为原料制备活性硅吸附材料的方法，采用如下具体步骤：(1)取聚丙烯腈(PAN)充分溶解于N，N‑二甲基甲酰胺(DMF)；(2)取利用粉煤灰或煤矸石制备得到的二氧化硅纳米颗粒溶解于PAN／DMF溶液中，充分搅拌、混合；(3)以铝箔为接收器并伴以高压电源进行纺丝；(4)通过灼烧去除纤维膜中的有机物，即得二氧化硅纤维；(5)以镁热法还原得到的二氧化硅纤维，然后使用稀盐酸浸泡除杂制得活性硅吸附材料。本发明的制备方法原料价格低廉，工艺简单，生产成本低，活性硅吸附性能好，适合工业化生产。

Description

一种以煤基固废为原料制备活性硅吸附材料的方法
技术领域
本发明涉及吸附材料的制备方法，尤其涉及一种以粉煤灰或煤矸石等煤基固废为原料制备活性硅多孔吸附材料的方法，属于无机非金属材料领域。
背景技术
长久以来，粉煤灰和煤矸石等煤基固废一直被认为是一种工业固体废弃物，每年约有5亿吨粉煤灰和6.5亿吨煤矸石产生，粉煤灰不能妥善处理会给环境带来很大的危害。近年来，我国对于粉煤灰的合理利用进行了不断地探索与开发，并取得了极大地成就。主要应用在以下几个方面：(1)粉煤灰在建筑工程中的应用。粉煤灰主要制品有：粉煤灰水泥、空心砌块，烧结陶粒、烧结砖、蒸压砖、高强度双免浸泡砖、钙硅板等。在建筑工程中，粉煤灰能代替部分水泥、石灰膏或砂，起提高和易性、粘聚性及密实度等作用。由粉煤灰制备而成的建材多具有多孔、轻质、防火性能好等特点。因此粉煤灰制品可用于各种墙体砌筑，也可用于填充“建筑间隙”或作保温、隔热垫层。(2)粉煤灰在农业方面的应用。粉煤灰颗粒松散多孔，其特殊结构决定了粉煤灰对土壤的改性具有显著效果。土壤掺入粉煤灰后，可促进土壤中微生物活性，改良土壤容重、空隙率、通气性、渗透率等性能。此外粉煤灰粒径小、流动性好，具有减少摩擦、改良土壤、提高粒肥的抗压强度的效能且利用粉煤灰可制成钙镁、硅钙、硅钾等复合肥。(3)粉煤灰在环保方面的应用。粉煤灰具有比表面积大、多孔和较强的吸附能力，且其中含有CaO、Al2O3等氧化物。因此，粉煤灰可用于烟气脱硫以及吸附污水中的悬浮物、脱除有色物质、除臭、除氟等。而且粉煤灰对采油废水COD和氨氮去除也具有良好的效果。(4)粉煤灰中回收金属。高铝粉煤灰中含有大量的铝、铁、镓等金属元素。我国对于粉煤灰中提取氧化铝技术已经日趋成熟，其中的磁性氧化铁则利用磁选机将其直接选出，对于金属镓的提取还处于研发阶段。通过对于粉煤灰中金属元素的回收利用不仅解决了我国金属矿供应短缺的问题且为我国循环经济产业的可持续提供了可能。
综上所述，虽然我国在粉煤灰利用上取得了长足的进步，但对于粉煤灰中的氧化硅的利用却仅局限于用作水泥熟料、石膏、无机填充物等，难以充分实现氧化硅的利用价值，造成资源的极大浪费。
另一方面，硅基吸附材料的制备与结构调控一直是化学及材料科学的焦点问题，水热合成具有规则微孔结构的分子筛技术已进入商业化生产并不断发展和完善；自1992年美国Mobil公司使用表面活性剂作为模板剂成功合成硅基介孔材料以来，模板法制备介孔材料及其结构调控迅速成为世界各国的研究热点，至今方兴未艾。但这些研究主要针对催化功能开发有序联通的孔结构，此类材料制备成本很高且并不适宜于作为吸附材料。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种通过粉煤灰或煤矸石等煤基固废制备活性硅吸附材料的方法，以实现粉煤或煤矸石等煤基固废的高值化利用。本发明具体给出如下技术方案：一种以煤基固废为原料制备活性硅吸附材料的方法，包括如下具体步骤：
(1)取聚丙烯腈(PAN)充分溶解于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，配置成10％-15％的PAN／DMF溶液；
(2)取二氧化硅纳米颗粒溶解于PAN／DMF溶液中，充分搅拌、混合，其中PAN与二氧化硅颗粒的摩尔比为1：1-1：2；
(3)以铝箔为接收器并伴以高压电源进行纺丝；
(4)通过灼烧，去除纤维膜中的有机物，即得二氧化硅纤维；
(5)以金属镁或活性炭还原得到的二氧化硅纤维，然后使用5％-10％的稀盐酸，浸泡除杂制得活性硅吸附材料。
上述所用的二氧化硅纳米颗粒为粉煤灰或煤矸石等煤基固废碱浸提取制得，其具体制备步骤是：秤取一定量的粉煤灰，加入6mol／L-10mol／L的氢氧化钠溶液，保持固液比为1：2-1：3，加热并搅拌，反应1-2小时；抽滤，取滤液加以搅拌，并在搅拌的过程中加入约为溶质质量1％-5％的表面活性剂聚乙二醇，随后通入二氧化碳气体反应1-2小时；抽滤后取滤渣以5％-10％的盐酸淋洗至无气泡产生，真空干燥，制得二氧化硅纳米颗粒。
本发明通过溶胶凝胶法与电纺技术的结合，室温条件电纺，制备了二氧化硅／聚丙烯腈复合纳米纤维。随后伴以高温烧灼，得到二氧化硅纳米纤维，最后以镁或活性炭法还原得到活性硅吸附材料。
本发明的技术方案具有如下优点：
1、所用的二氧化硅纳米颗粒为粉煤灰或煤矸石等煤基固废碱浸提取制得，并且通过它与有高分子材料混合，随后伴以静电纺丝与高温灼烧制得了二氧化硅纳米纤维，最后以金属镁或活性炭还原得到活性硅吸附材料。
2、本发明制备的活性硅吸附材料吸附性能好、产率高、可重复性好。
3、本发明的方法制备活性硅工艺简单，原料来源广泛，价格低廉，生产成本低，易于实现工业化生产。
附图说明
图1本发明产品的SEM图像：(a)粉煤灰制备的SiO2纳米颗粒；(b)SiO2／PAN复合纳米纤维；(c)SiO2纳米纤维；(d)活性硅吸附材料；.
图2本发明产品的XRD分析：(a)粉煤灰制备的SiO2纳米颗粒；(b)金属镁还原后的纤维；(c)活性硅吸附材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步阐述：
实施例1
以粉煤灰为原料，向其中加入200ml浓度为10mol／L氢氧化钠溶液，水浴90℃搅拌抽滤；取抽滤的滤液加入表面活性剂聚乙二醇，水浴，搅拌的同时通入二氧化碳气体，抽滤，将滤渣用盐酸溶液冲洗至无气泡为止，真空干燥，获得二氧化硅纳米粒子。将已经获得的SiO2／PAN复合纳米纤维在室温条件下5℃／min的速率升温至240℃，随后以高纯氮气为保护气10℃／min升温至1000℃，保温停留固化4h，2℃／min升温至1200℃，保温停留2h，撤除氮气保护自然冷却，制备得到SiO2纳米纤维。最后金属镁进行还原，按物质的量比为23：1投料比置于高温管式炉内，用机械泵抽真空，使管式炉内压力达到-0.08MPa，高纯氮气保护下以5℃／min的速率快速升温至650℃，在此温度下保温停留2h，自然冷却。将得到的产物用稀盐酸溶液浸泡30min以除去反应生成的MgO以及其他副产物，得到活性硅吸附材料。
实施例2
以煤矸石为起始原料，向其中加入200ml浓度为8mol／L氢氧化钠溶液，水浴90℃搅拌抽滤；取抽滤的滤液加入表面活性剂聚乙二醇，水浴，搅拌的同时通入二氧化碳气体，抽滤，将滤渣用盐酸溶液冲洗至无气泡为止，真空干燥，获得二氧化硅纳米粒子。将已经获得的SiO2／PAN复合纳米纤维在室温条件下5℃／min的速率升温至250℃，随后以高纯氮气为保护气10℃／min升温至1050℃，保温停留固化3h，2℃／min升温至1250℃，保温停留3h，撤除氮气保护自然冷却，制备得到的SiO2纳米纤维。最后通过活性炭作为还原剂进行还原，反应所得产物中有碳化硅生成，将得到的产物用稀盐酸溶液浸泡30min以除去反应生成的MgO以及其他副产物，得到活性硅吸附材料。。

Claims (1)

1.一种以煤基固废为原料制备活性硅吸附材料的方法，其特征在于包括如下具体步骤：
(1)取聚丙烯腈(PAN)充分溶解于N，N—二甲基甲酰胺(DMF)，配置成10—15％的PAN/DMF溶液；
(2)取二氧化硅纳米颗粒溶解于PAN/DMF溶液中，充分搅拌、混合，其中PAN与二氧化硅颗粒的摩尔比为1:1—1:2；
(3)以铝箔为接收器并伴以高压电源进行纺丝；
(4)通过灼烧，去除纤维膜中的有机物，即得二氧化硅纤维；
(5)以金属镁或活性炭还原得到的二氧化硅纤维，然后使用5％—10％的稀盐酸溶液浸泡除杂制得活性硅吸附材料；
步骤(2)所用的二氧化硅纳米颗粒为煤基固废碱浸制得，其具体制备步骤是：秤取一定量的煤基固废，加入6mol/L—10mol/L的氢氧化钠溶液，保持固液比为1:2—1:3，加热并搅拌，反应1-2小时；过滤，取滤液加以搅拌，并在搅拌的过程中加入为溶质NaSiO3质量1％—5％的表面活性剂聚乙二醇，随后通入二氧化碳气体反应1-2小时；抽滤后取滤渣以5％的盐酸淋洗至无气泡产生，真空干燥，制得二氧化硅纳米颗粒；
所述煤基固废是粉煤灰或煤矸石。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108421529A (zh) * 2018-04-02 2018-08-21 武汉理工大学 一种氯离子去除剂
CN112028709B (zh) * 2020-08-06 2023-04-14 内蒙古工业大学 活性硅材料在制备保水缓释微生物肥料中的应用
CN112047778A (zh) * 2020-08-06 2020-12-08 内蒙古工业大学 一种以活性硅材料为添加剂制备的保水缓释有机肥料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101928996A (zh) * 2010-07-20 2010-12-29 东华大学 一种具有超疏水多级纳米结构的纤维膜的制备方法
CN102674370A (zh) * 2012-04-25 2012-09-19 浙江大学 一种制备二氧化硅纳米纤维的方法
CN103311523A (zh) * 2013-06-04 2013-09-18 清华大学深圳研究生院 具有纳米微孔隙的硅碳复合材料及其制备方法与用途
EP2052426B1 (en) * 2006-08-07 2014-10-29 Korea Institute of Science and Technology Heat resisting ultrafine fibrous separator and secondary battery using the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060293169A1 (en) * 2005-02-09 2006-12-28 General Electric Company Molecular structures for gas sensing and devices and methods therewith

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2052426B1 (en) * 2006-08-07 2014-10-29 Korea Institute of Science and Technology Heat resisting ultrafine fibrous separator and secondary battery using the same
CN101928996A (zh) * 2010-07-20 2010-12-29 东华大学 一种具有超疏水多级纳米结构的纤维膜的制备方法
CN102674370A (zh) * 2012-04-25 2012-09-19 浙江大学 一种制备二氧化硅纳米纤维的方法
CN103311523A (zh) * 2013-06-04 2013-09-18 清华大学深圳研究生院 具有纳米微孔隙的硅碳复合材料及其制备方法与用途

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
电纺丝技术制备无机/有机复合纳米纤维的研究进展;白杰 等;《合成纤维》;20101231(第5期);第9-12页 *

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