CN112246215A - 一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法 - Google Patents

一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112246215A
CN112246215A CN202011213586.1A CN202011213586A CN112246215A CN 112246215 A CN112246215 A CN 112246215A CN 202011213586 A CN202011213586 A CN 202011213586A CN 112246215 A CN112246215 A CN 112246215A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coal gangue
water treatment
water
calcined
calcining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011213586.1A
Other languages
English (en)
Inventor
张乾
张玉德
陈子益
殷帅军
康雅敏
赵晓磊
冯兆祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan University of Technology
Original Assignee
Henan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan University of Technology filed Critical Henan University of Technology
Priority to CN202011213586.1A priority Critical patent/CN112246215A/zh
Publication of CN112246215A publication Critical patent/CN112246215A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28016—Particle form
    • B01J20/28021—Hollow particles, e.g. hollow spheres, microspheres or cenospheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：A1、煤矸石微粉化处理：采用机械粉碎，将块状煤矸石破碎成粒度小于45微米的煤矸石粉；A2、煅烧除炭、活化处理：将步骤A1所得煤矸石粉在500‑800℃的高温下进行煅烧，保温时间60‑180分钟，经自然降温制得煅烧煤矸石粉；A3、将步骤A2所得煅烧煤矸石粉与水混合制浆，所述煅烧煤矸石粉与水的质量比为1:3～10；之后在180～250℃条件下在压力反应釜中搅拌反应12～48小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得水处理用煤矸石吸附材料。

Description

一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法
技术领域
本发明涉及固废资源化利用和材料制备技术领域，尤其涉及一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法。
背景技术
煤矸石是煤炭洗选加工过程的固体废弃物，其主要成分为硅酸盐矿物和少量的煤碳。目前煤矸石的资源化利用途径主要有煤矸石发电，但也只有发热量较高的煤矸石可以利用，需进一步对产生大量废渣进行处理；煤矸石作为建筑辅料进行铺路、水泥掺料、制砖等，但附加值低，运输成本高，只能就近利用。有些方法，对于某些矿物含量达到一定品位的，采用重选和浮选方式的提取其中的高岭石、黄铁矿等。有研究采用化学处理煤矸石，制备氯化铝作为水处理剂，制备过程采用强酸和强碱进行浸出处理，造成一定的环境危害，并且产生大量的浸出残留废渣。
发明内容
本发明的目的正是针对现有煤矸石利用技术中存在的不足之处，提供一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法。本发明完全不使用化学药剂，以煤矸石为原料制备一种新型的具有纳米层级多孔结构的煤矸石吸附净化材料。本发明的制备方法环保，将煤矸石全部转化为吸附净水材料，制备过程中没有二次废弃物产生。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法包括以下步骤：
A1、煤矸石微粉化处理：采用机械粉碎，将块状煤矸石破碎成粒度小于45微米的煤矸石粉；
A2、煅烧除炭、活化处理：将步骤A1所得煤矸石粉在500-800℃的高温下进行煅烧，保温时间60-180分钟，经自然降温制得煅烧煤矸石粉；
A3、将步骤A2所得煅烧煤矸石粉与水混合制浆，所述煅烧煤矸石粉与水的质量比为1:3～10； 之后在180～250℃条件下在压力反应釜中搅拌反应12～48小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得水处理用煤矸石吸附材料。
本发明中所述水处理用煤矸石吸附材料的直径为10～20微米，比表面积为200-320m2/g，煤矸石微粉颗粒内部具有丰富的层级多孔结构，其孔体积达到0.4-0.7cm3/g，孔直径在2-15nm。
本发明的有益效果如下：
本发明采用煅烧活化和晶型重构技术，实现煤矸石的完全资源化高附加值利用，生产过程绿色环保不采用任何化学药剂，并且所发明的生产制备方法，充分与煤矸石自身特性相统一。在煅烧活化过程中充分利用煤矸石含有的少量碳质产生热源，利用水热结构重整技术将活化处理后的煤矸石中的大量无机矿物进行晶型重构，形成多孔、高比表面积的吸附材料。本技术与现有方法相比，工艺简单，实现煤矸石的资源化充分利用，产品宏观颗粒尺寸在10～20微米，微观二级结构为纳米多孔形式，孔径在2-15纳米，具有纳米-微米多级结构，易于实现工业化生产。
附图说明
图1为实施例2所制备煤矸石吸附材料的扫描电镜图。
从图1a可以看出，施例2所制备的煤矸石吸附材料，是一种直径为约15微米的球形颗粒，从图1B可以看出这种球形颗粒是由纳米尺度的片状和纳米尺度球状颗粒堆积组成的。
图2为实施例3所制备煤矸石吸附材料的孔结构分布图。
从图2 可知，施例3所制备煤矸石吸附材料孔的尺寸峰值有5nm和10nm两种。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步描述：
本发明采用微粉化-煅烧除碳活化-水热结构调控的综合处理技术，不采用化学药剂，不产生二次废弃物，工艺简单。首先采用机械粉碎制备煤矸石微粉；然后将煤矸石微粉进行煅烧处理，除去其中的碳质，利用煤矸石自身含有碳质为燃料进行辅助煅烧，对煤矸石中的无机成分进行活化，再经过水热结构调控处理，使煤矸石微粉形成纳米级的多孔结构，得到直径为10～20微米，比表面积为200-320m2/g的吸附材料，且煤矸石微粉颗粒内部具有丰富层级的微孔和介孔结构，孔隙结构发育，比表面积大，具有纳米层级结构，对污染废水中的有机染料和重金属离子具有良好的吸附去除效果，其孔体积达到0.4-0.7cm3/g，孔直径在2-15nm。
实施例1：
A1、煤矸石粉体制备：采用颚式破碎机将煤矸石破碎到平均粒径为5毫米，然后采用球磨机处理得到粒径小于45微米的煤矸石粉体；
A2、煅烧除碳与活化处理：将A1所得煤矸石粉在600℃的高温下进行煅烧，保温时间2小时，经自然降温制得煅烧除碳活化煤矸石粉；
A3、将A2所得煅烧煤矸石粉与水混合制浆，所述煅烧煤矸石粉与水的质量比为1:4；之后在180℃条件下在反应釜中搅拌反应48小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得水处理用煤矸石吸附材料。
实施例2：
A1、煤矸石粉体制备：采用颚式锤式破碎机将煤矸石破碎到中位粒径为5毫米，然后采用环辊磨处理得到粒径小于72微米的煤矸石粉体；
A2、煅烧除碳、活化处理：将A1所得煤矸石粉在700℃的高温下进行煅烧，保温时间2小时，经自然降温制得煅烧煤矸石粉；
A3、将A2所得煅烧煤矸石粉与水混合制浆，所述煅烧煤矸石粉与水的质量比为1:6；之后在200℃条件下在压力反应釜中搅拌反应12小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得水处理用煤矸石吸附材料。
实施例3：
A1、煤矸石粉体制备：采用颚式破碎机将煤矸石破碎到平均粒径为5毫米，然后采用球磨机处理得到平均粒径小于45微米的煤矸石粉体；
A2、煅烧活化处理：将A1所得煤矸石粉在550℃的高温下进行煅烧，保温时间2小时，经自然降温制得煅烧煤矸石；
A3、将A2所得煅烧煤矸石粉与水混合制浆，所述煅烧煤矸石与水的质量比为1:10；之后在220℃条件下在压力反应釜中搅拌反应16小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得煤矸石吸附材料。

Claims (2)

1.一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
A1、煤矸石微粉化处理：采用机械粉碎，将块状煤矸石破碎成粒度小于45微米的煤矸石粉；
A2、煅烧除炭、活化处理：将步骤A1所得煤矸石粉在500-800℃的高温下进行煅烧，保温时间60-180分钟，经自然降温制得煅烧煤矸石粉；
A3、将步骤A2所得煅烧煤矸石粉与水混合制浆，所述煅烧煤矸石粉与水的质量比为1:3～10； 之后在180～250℃条件下在压力反应釜中搅拌反应12～48小时，冷却后采用离心机进行固液分离，然后干燥、研磨，最终制得水处理用煤矸石吸附材料。
2.根据权利要求1所述的以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法，其特征在于：所述煤矸石吸附材料的直径为10～20微米，比表面积为200～320m2/g，孔体积达到0.4-0.7cm3/g，孔直径在2～15nm，能够同时吸附去除废水中的有机染料和重金属离子。
CN202011213586.1A 2020-11-04 2020-11-04 一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法 Pending CN112246215A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011213586.1A CN112246215A (zh) 2020-11-04 2020-11-04 一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011213586.1A CN112246215A (zh) 2020-11-04 2020-11-04 一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112246215A true CN112246215A (zh) 2021-01-22

Family

ID=74268056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011213586.1A Pending CN112246215A (zh) 2020-11-04 2020-11-04 一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112246215A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115025756A (zh) * 2022-05-27 2022-09-09 中国石油大学(华东) 一种改性煤矸石吸附剂的制备方法
CN116440854A (zh) * 2023-04-04 2023-07-18 内蒙古大学 一种利用煤矸石浸提液合成绿脱石介孔材料的方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003126848A (ja) * 2001-10-29 2003-05-07 Nippon Recycle:Kk 排水浄化用吸着材及びその製造方法
CN101274267A (zh) * 2007-12-22 2008-10-01 河南理工大学 一种煤矸石活化制作吸附材料的新工艺
CN103386294A (zh) * 2013-07-22 2013-11-13 太原科技大学 一种可脱除废水中汞的煤矸石基复合吸附剂的制备方法
CN106517224A (zh) * 2016-11-28 2017-03-22 河南理工大学 一种高岭石纳米片的制备方法
CN106975440A (zh) * 2017-04-11 2017-07-25 中南大学 一种高吸附量的氟离子吸附剂及其制备方法
CN109336125A (zh) * 2018-12-14 2019-02-15 河南理工大学 一种纳米层级结构的高岭石微球的制备方法
WO2019147664A1 (en) * 2018-01-23 2019-08-01 Georgia State University Research Foundation, Inc. Compositions for the removal of heavy metals
KR20200071177A (ko) * 2018-12-10 2020-06-19 한국과학기술원 다공성 수질정화 구조체 및 그 제조 방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003126848A (ja) * 2001-10-29 2003-05-07 Nippon Recycle:Kk 排水浄化用吸着材及びその製造方法
CN101274267A (zh) * 2007-12-22 2008-10-01 河南理工大学 一种煤矸石活化制作吸附材料的新工艺
CN103386294A (zh) * 2013-07-22 2013-11-13 太原科技大学 一种可脱除废水中汞的煤矸石基复合吸附剂的制备方法
CN106517224A (zh) * 2016-11-28 2017-03-22 河南理工大学 一种高岭石纳米片的制备方法
CN106975440A (zh) * 2017-04-11 2017-07-25 中南大学 一种高吸附量的氟离子吸附剂及其制备方法
WO2019147664A1 (en) * 2018-01-23 2019-08-01 Georgia State University Research Foundation, Inc. Compositions for the removal of heavy metals
KR20200071177A (ko) * 2018-12-10 2020-06-19 한국과학기술원 다공성 수질정화 구조체 및 그 제조 방법
CN109336125A (zh) * 2018-12-14 2019-02-15 河南理工大学 一种纳米层级结构的高岭石微球的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
乌锡康: "《有机化工废水治理技术》", 31 July 1999, 化学工业出版社, pages: 347 *
商平等: "《环境矿物材料》", 31 January 2008, 化学工业出版社, pages: 135 *
李尉卿等: "煤矸石活化制作吸附材料的初步研究", 《环境工程》, vol. 22, no. 1, 29 February 2004 (2004-02-29) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115025756A (zh) * 2022-05-27 2022-09-09 中国石油大学(华东) 一种改性煤矸石吸附剂的制备方法
CN116440854A (zh) * 2023-04-04 2023-07-18 内蒙古大学 一种利用煤矸石浸提液合成绿脱石介孔材料的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Synthesis of Na-X zeolite from low aluminum coal fly ash: Characterization and high efficient As (V) removal
Wei et al. Preparation of geopolymers from vanadium tailings by mechanical activation
CN107857496B (zh) 一种煤气化细渣的综合利用方法
CN104383873B (zh) 利用低品位凹凸棒石黏土制备复合吸附剂的方法
Aphane et al. Preparation of sodium silicate solutions and silica nanoparticles from South African coal fly ash
CN112246215A (zh) 一种以煤矸石为原料制备水处理用吸附材料的方法
Zhang et al. Mechanism of mechanical–chemical synergistic activation for preparation of mullite ceramics from high-alumina coal fly ash
CN107855108B (zh) 利用煤气化细渣合成沸石的方法及制得的沸石材料
CN108584969B (zh) 水化硅酸钙纳米片制备方法
CN101318685A (zh) 利用低品位石灰石活化罐活化制备超细活性纳米碳酸钙的方法
CN101328060A (zh) 一种硅藻土基多功能微孔陶瓷的制备方法
Xu et al. Synthesis of ordered mesoporous silica from biomass ash and its application in CO2 adsorption
Ju et al. Porous silica synthesis out of coal fly ash with no residue generation and complete silicon separation
CN101837279A (zh) 湖泊底泥和粉煤灰共同作为载体的干式co2吸附剂及其制备
CN109695059B (zh) 一种石膏晶须的制备方法
CN107522276B (zh) 一种水体除氟剂的制备方法
Purnomo et al. The utilization of bagasse fly ash for mesoporous silica synthesis
CN114716193B (zh) 一种再生渣土砖的制备方法
CN113307282B (zh) 一种煤矸石固废合成方钠石沸石分子筛的方法
CN112316894B (zh) 一种利用天然混合黏土制备磁性介孔复合吸附剂的方法
CN115365274A (zh) 一种提高钢渣粉磨效率及铁资源回收率的方法
Xu et al. Purification of natural palygorskite clay: Process optimization, cleaner production, mineral characterization, and decolorization performance
CN112174279A (zh) 一种聚合硅铝酸盐无机絮凝剂及其制备方法和应用
Fang et al. Eco-utilization of hierarchically structured calcium silicate hydrate for efficient removal of cadmium from synthetic wastewater
CN109336186A (zh) 一种磁性p型沸石分子筛的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210122

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication