CN116351394A - 一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法,所述方法包括如下步骤:(1)将气化细灰进行酸处理,之后进行清洗和干燥得到酸处理料;(2)将碱、金属盐和步骤(1)所得酸处理料经混合后进行热活化处理,冷却后经酸洗、洗涤和干燥得到多孔吸附材料。本发明提供的方法,通过对制备过程的特定设计,利用特定的酸处理和后续的碱、金属盐及热活化处理的配合,实现了高比表面积吸附材料的制备,所得吸附材料的比表面积≥1546.23m2/g。

Description

一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法
技术领域
本发明涉及固废资源化利用技术领域,具体涉及一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法。
背景技术
目前,气流床煤气化技术由于具有煤种适应性广、气化温度高、气化效率高、生产能力大和环境友好等优势,已成为当前我国煤气化产业使用最广泛的技术。但气流床气化产生的大量的灰渣,仅通过堆积填埋处理占用大量的土地且对土壤会造成一定的污染受到人们的关注,尤其是气化细灰中含有较高的残碳,其资源化利用已成为噬待解决的难题。
现有技术中对气化细灰资源化利用途径主要有掺烧、制备建筑材料、制备吸附材料、作为土壤改良剂、制备吸附材料和催化剂等。
CN115672334A公开了以气化灰渣为载体,引入活性组分镍并采用不同助剂改性,改善了单一活性组分在催化过程中易失活的问题,具有实现气化产物全组分利用的潜力。
CN115571890A公开了一种利用气化灰渣制备聚合硅酸铝铁絮凝剂的方法及应用,对钢铁废水的浊度去除率达93.7%、色度去除率达36.5%、COD去除率达71.0%,对废水浊度、色度及COD均具有良好的降低效果。
CN115634562A公开了利用煤矸石、粉煤灰、气化灰渣和脱硫石膏中的CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3等作为活性组分与CO2反应,实现CO2的吸收和固化,CO2的吸收量可达0.30g/g材料以上。
CN114849646A公开了一种改性气化灰渣活性炭吸附材料,收集的气化灰渣与粘合剂(煤焦油、沥青)进行捏合,经过造粒、热解碳化、氧化、干燥、还原、煅烧等过程,最终得到改性气化灰渣活性炭吸附材料。
综上可知,公开的气化灰渣资源化利用方法表明气化灰渣具有较高的吸附利用价值潜力,但存在不同气化工艺产生的气化细灰的孔隙分布、比较面积有较大的差异,且细灰的孔隙特征参数与活性炭具有大的差距等问题,这对于气化细灰的吸附利用价值产生了不利的影响,进一步地,由于气化细灰中碳和灰的含量均较高,目前的处理方法无法完全将气化细灰的吸附价值完全开发出来。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法,以解决现有技术中气化细灰基吸附材料存在的灰分多,吸附性能较低的问题。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供了一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将气化细灰进行酸处理,之后进行清洗和干燥得到酸处理料;
(2)将碱、金属盐和步骤(1)所得酸处理料经混合后进行热活化处理,冷却后经酸洗、洗涤和干燥得到多孔吸附材料。
本发明提供的方法,通过对制备过程的特定设计,利用特定的酸处理和后续的碱、金属盐及热活化处理的配合,实现了高比表面积吸附材料的制备。
本发明中,气化细灰的主要包括未燃碳和灰分。
本发明中,酸处理后的清洗为水洗或醇洗等作业至洗水的pH值为6-7。
本发明中,热活化处理在保护气氛下进行,所述保护气氛可以是二氧化碳,氮气,惰性气体如氦气,氖气,氩气等中的1种或至少2种的组合。
本发明中,热活化处理后的采用酸液(如盐酸、硝酸或硫酸,质量浓度为20-80%,当为盐酸时浓度过大时选用浓盐酸即可,其他酸依次类推。)进行酸洗5-60min。
本发明中,热活化处理后的洗涤为进行水洗或醇洗等作业至洗水的pH值为6-7。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述气化细灰的干基灰分为以质量百分含量计为40-70%,例如可以是40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%或70%等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述气化细灰的含水量以质量百分含量计为60-70%,例如可以是60%、60.5%、61%、61.5%、62%、62.5%、63%、63.5%、64%、64.5%、65%、65.5%、66%、66.5%、67%、67.5%、68%、68.5%、69%、69.5%或70%等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述酸处理中所用酸和气化细灰干基的质量比为1:(1-1.2),例如可以是1:1、1:1.01、1:1.02、1:1.03、1:1.04、1:1.05、1:1.06、1:1.07、1:1.08、1:1.09、1:1.1、1:1.11、1:1.12、1:1.13、1:1.14、1:1.15、1:1.16、1:1.17、1:1.18、1:1.19或1:1.2等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述酸处理中所用酸包括浓盐酸、浓硝酸或浓硫酸中的1种或至少2种的组合。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述酸处理的温度为50-90℃,例如可以是50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃、70℃、72℃、74℃、76℃、78℃、80℃、82℃、84℃、86℃、88℃或90℃等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述酸处理的时间为2-2.5h,例如可以是2h、2.02h、2.04h、2.06h、2.08h、2.1h、2.12h、2.14h、2.16h、2.18h、2.2h、2.22h、2.24h、2.26h、2.28h、2.3h、2.32h、23.4h、2.36h、2.38h、2.4h、2.42h、2.44h、2.46h、2.48h或2.5h等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述酸处理料的含水率以质量百分含量计≤3%,例如可以是3%、2.9%、2.8%、2.7%、2.6%、2.5%、2.4%、2.3%、2.2%、2.1%、2%、1.9%、1.8%、1.7%、1.6%、1.5%、1.4%、1.3%、1.2%、1.1%或1%等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述混合中酸处理料的粒径≤0.5mm。
本发明中,混合中酸处理料的粒径可以是限定范围内单一粒度颗粒的聚集体,也可以一定粒度范围内所有颗粒的聚集体,如颗粒粒径为0.1mm颗粒的聚集体,如颗粒粒径为0.01mm颗粒的聚集体,如粒度范围为0.2-0.4mm范围内所有颗粒的聚集体,如粒度范围为0.1-0.3mm范围内所有颗粒的聚集体,如粒度范围为0.01-0.4mm范围内所有颗粒的聚集体等。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的1种或至少2种的组合。
优选地,步骤(2)所述金属盐包括铜盐和/或镍盐。
本发明中,所述铜盐可以是硫酸铜,氯化铜,硝酸铜,碱式碳酸铜等。
本发明中,所述镍盐可以是硫酸镍,氯化镍,硝酸镍,碱式碳酸镍等。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所述碱和金属盐的质量比为1:(0.05-0.2),例如可以是1:0.05、1:0.055、1:0.06、1:0.065、1:0.07、1:0.075、1:0.08、1:0.085、1:0.09、1:0.095、1:0.1、1:0.105、1:0.11、1:0.115、1:0.12、1:0.125、1:0.13、1:0.135、1:0.14、1:0.145、1:0.15、1:0.155、1:0.16、1:0.165、1:0.17、1:0.175、1:0.18、1:0.185、1:0.19、1:0.195或1:0.2等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述混合中气化细灰干基与由碱和金属盐组成混合物的质量比为1:(3-4),例如可以是1:3、1:3.02、1:3.04、1:3.06、1:3.08、1:3.1、1:3.12、1:3.14、1:3.16、1:3.18、1:3.2、1:3.22、1:3.24、1:3.26、1:3.28、1:3.3、1:3.32、1:3.34、1:3.36、1:3.38、1:3.4、1:3.42、1:3.44、1:3.46、1:3.48、1:3.5、1:3.52、1:3.54、1:3.56、1:3.58、1:3.6、1:3.62、1:3.64、1:3.66、1:3.68、1:3.7、1:3.72、1:3.74、1:3.76、1:3.78、1:3.8、1:3.82、1:3.84、1:3.86、1:3.88、1:3.9、1:3.92、1:3.94、1:3.96、1:3.98或1:4等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所述热活化处理的温度为850-900℃,例如可以是850℃、852℃、854℃、856℃、858℃、860℃、862℃、864℃、866℃、868℃、870℃、872℃、874℃、876℃、878℃、880℃、882℃、884℃、886℃、888℃、890℃、892℃、894℃、896℃、898℃或900℃等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述热活化处理的时间为1-2h,例如可以是1h、1.02h、1.04h、1.06h、1.08h、1.1h、1.12h、1.14h、1.16h、1.18h、1.2h、1.22h、1.24h、1.26h、1.28h、1.3h、1.32h、1.34h、1.36h、1.38h、1.4h、1.42h、1.44h、1.46h、1.48h、1.5h、1.52h、1.54h、1.56h、1.58h、1.6h、1.62h、1.64h、1.66h、1.68h、1.7h、1.72h、1.74h、1.76h、1.78h、1.8h、1.82h、1.84h、1.86h、1.88h、1.9h、1.92h、1.94h、1.96h、1.98h或2h等,但不限于所列举的数值,该范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,所述方法包括如下步骤:
(1)将气化细灰进行酸处理,之后进行清洗和干燥得到酸处理料;
步骤(1)所述气化细灰的干基灰分为以质量百分含量计为40-70%;所述气化细灰的含水量以质量百分含量计为60-70%;所述酸处理中所用酸和气化细灰干基的质量比为1:(1-1.2);所述酸处理中所用酸包括浓盐酸、浓硝酸或浓硫酸中的1种或至少2种的组合;所述酸处理的温度为50-90℃;所述酸处理的时间为2-2.5h;所述酸处理料的含水率以质量百分含量计≤3%;
(2)将碱、金属盐和步骤(1)所得酸处理料经混合后进行热活化处理,冷却后经酸洗、洗涤和干燥得到多孔吸附材料;
步骤(2)所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的1种或至少2种的组合;所述金属盐包括铜盐和/或镍盐;所述碱和金属盐的质量比为1:(0.05-0.2);所述混合中酸处理料的粒径≤0.5mm;所述混合中气化细灰干基与由碱和金属盐组成混合物的质量比为1:(3-4);所述热活化处理的温度为850-900℃;所述热活化处理的时间为1-2h。
与现有技术方案相比,本发明具有以下有益效果:
本发明中,将气化细灰与酸混合加热预反应,以提高热活化处理的效率,降低不稳定灰分在热活化处理过程中对扩孔效果的影响,通过碱和金属盐在高温条件下的多点位活化作用,提高细灰细灰的孔隙率、增大其比表面积、与稳定的灰分反应生成反应性较活泼的灰分,并增加了吸附作用活性点位。热活化处理后,经过进一步酸洗,反应性较活泼的灰分与酸反应达到进一步降灰和扩孔的作用,从而得到灰分极低,比表面积较高的气化细灰基吸附材料,所得吸附材料的比表面积≥1546.23m2/g。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法的流程图。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子,并不代表或限制本发明的权利保护范围,本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,本发明的典型但非限制性的实施例如下:
由图1可知,将气化细灰进行酸处理后,经过酸洗、洗涤和干燥,得到酸处理料,之后将其和碱、金属盐进行混合后进行热活化处理,热活化处理后经清洗和干燥即可得到气化细灰基多孔吸附材料。
具体实施例如下:
实施例1
本实施例提供一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将气化细灰进行酸处理,之后进行清洗和干燥得到酸处理料;
步骤(1)所述气化细灰的干基灰分为以质量百分含量计为48.13%;所述气化细灰的含水量以质量百分含量计为66.5%;所述酸处理中所用酸和气化细灰干基的质量比为1:1.1;所述酸处理中所用酸为浓盐酸;所述酸处理的温度为50℃;所述酸处理的时间为2h;所述酸处理料的含水率以质量百分含量计为3%;
(2)将碱、金属盐和步骤(1)所得酸处理料经混合后进行热活化处理(二氧化碳气氛),冷却后经酸洗、洗涤和干燥得到多孔吸附材料;
步骤(2)所述碱为氢氧化钠;所述金属盐为氯化铜;所述碱和金属盐的质量比为1:0.15;所述混合中酸处理料为粒径≤0.5mm的聚集体;所述混合中气化细灰干基与由碱和金属盐组成混合物的质量比为1:3;所述热活化处理的温度为900℃;所述热活化处理的时间为2h;酸洗为采用质量浓度为20%的盐酸进行酸洗50min。
所得多孔吸附材料的性能指标详见表1。
实施例2
本实施例提供一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将气化细灰进行酸处理,之后进行清洗和干燥得到酸处理料;
步骤(1)所述气化细灰的干基灰分为以质量百分含量计为62.04%;所述气化细灰的含水量以质量百分含量计为68.4%;所述酸处理中所用酸和气化细灰干基的质量比为1:1.2;所述酸处理中所用酸为浓硫酸;所述酸处理的温度为90℃;所述酸处理的时间为2.5h;所述酸处理料的含水率以质量百分含量计为2%;
(2)将碱、金属盐和步骤(1)所得酸处理料经混合后进行热活化处理(二氧化碳气氛),冷却后经酸洗、洗涤和干燥得到多孔吸附材料;
步骤(2)所述碱为氢氧化钾;所述金属盐为氯化铜;所述碱和金属盐的质量比为1:0.2;所述混合中酸处理料为粒径≤0.1mm的聚集体;所述混合中气化细灰干基与由碱和金属盐组成混合物的质量比为1:3.5;所述热活化处理的温度为900℃;所述热活化处理的时间为2h;酸洗为采用质量浓度为80%的硫酸进行酸洗5min。
所得多孔吸附材料的性能指标详见表1。
实施例3
本实施例提供一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将气化细灰进行酸处理,之后进行清洗和干燥得到酸处理料;
步骤(1)所述气化细灰的干基灰分为以质量百分含量计为66.48%;所述气化细灰的含水量以质量百分含量计为65.14%;所述酸处理中所用酸和气化细灰干基的质量比为1:1;所述酸处理中所用酸为浓硫酸;所述酸处理的温度为80℃;所述酸处理的时间为2h;所述酸处理料的含水率以质量百分含量计为3%;
(2)将碱、金属盐和步骤(1)所得酸处理料经混合后进行热活化处理(氩气),冷却后经酸洗、洗涤和干燥得到多孔吸附材料;
步骤(2)所述碱为氢氧化钾;所述金属盐包括铜盐和/或镍盐;所述碱和金属盐的质量比为1:0.05;所述混合中酸处理料的粒径≤0.075mm的聚集体;所述混合中气化细灰干基与由碱和金属盐组成混合物的质量比为1:4;所述热活化处理的温度为850℃;所述热活化处理的时间为1h;酸洗为采用质量浓度为40%的硝酸进行酸洗30min。
所得多孔吸附材料的性能指标详见表1。
实施例4
本实施例提供一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)将气化细灰进行酸处理,之后进行清洗和干燥得到酸处理料;
步骤(1)所述气化细灰的干基灰分为以质量百分含量计为42.82%;所述气化细灰的含水量以质量百分含量计为64%;所述酸处理中所用酸和气化细灰干基的质量比为1:1;所述酸处理中所用酸为浓硝酸;所述酸处理的温度为70℃;所述酸处理的时间为2h;所述酸处理料的含水率以质量百分含量计为1%;
(2)将碱、金属盐和步骤(1)所得酸处理料经混合后进行热活化处理(氮气),冷却后经酸洗、洗涤和干燥得到多孔吸附材料;
步骤(2)所述碱氢氧化钙;所述金属盐为氯化镍;所述碱和金属盐的质量比为1:0.1;所述混合中酸处理料为粒径≤0.2mm的聚集体;所述混合中气化细灰干基与由碱和金属盐组成混合物的质量比为1:3;所述热活化处理的温度为900℃;所述热活化处理的时间为1h;酸洗为采用质量浓度为50%的硝酸进行酸洗30min。
所得多孔吸附材料的性能指标详见表1。
实施例5
与实施例1的区别仅在于不进行酸处理。即将气化细灰进行清洗干燥后直接进行步骤(2)。所得多孔吸附材料的性能指标详见表1。
实施例6
与实施例1的区别仅在于热活化过程中不使用碱和金属盐。所得多孔吸附材料的性能指标详见表1。
实施例7
与实施例1的区别仅在于热活化过程中不使用金属盐。所得多孔吸附材料的性能指标详见表1。
实施例8
与实施例1的区别仅在于热活化后,不使用酸洗。所得多孔吸附材料的性能指标详见表1。
表1
Figure BDA0004121291460000101
Figure BDA0004121291460000111
将实施例1-8所得多孔吸附材料进行碘吸附性能测试具体参照国标GB/T7702.7-2008,具体结果如下表2:
表2
碘吸附值/mg·g-1
实施例1 1597
实施例2 1876
实施例3 1721
实施例4 2120
实施例5 1089
实施例6 525
实施例7 1402
实施例8 894
可知本发明中提供的吸附材料具有良好的吸附性能,吸附示例仅为示例性的举例,并不限于碘,也可以是与碘相类似的其他物质。
声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征,但本发明并不局限于上述详细结构特征,即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种利用气化细灰制备多孔吸附材料的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)将气化细灰进行酸处理,之后进行清洗和干燥得到酸处理料;
(2)将碱、金属盐和步骤(1)所得酸处理料经混合后进行热活化处理,冷却后经酸洗、洗涤和干燥得到多孔吸附材料。
2.如权利要求1所述方法,其特征在于,步骤(1)所述气化细灰的干基灰分为以质量百分含量计为40-70%;
优选地,步骤(1)所述气化细灰的含水量以质量百分含量计为60-70%。
3.如权利要求1或2所述方法,其特征在于,步骤(1)所述酸处理中所用酸和气化细灰干基的质量比为1:(1-1.2)。
4.如权利要求1-3任一项所述方法,其特征在于,步骤(1)所述酸处理中所用酸包括浓盐酸、浓硝酸或浓硫酸中的1种或至少2种的组合。
5.如权利要求1-4任一项所述方法,其特征在于,步骤(1)所述酸处理的温度为50-90℃;
优选地,步骤(1)所述酸处理的时间为2-2.5h。
6.如权利要求1-5任一项所述方法,其特征在于,步骤(1)所述酸处理料的含水率以质量百分含量计≤3%;
优选地,步骤(2)所述混合中酸处理料的粒径≤0.5mm。
7.如权利要求1-6任一项所述方法,其特征在于,步骤(2)所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的1种或至少2种的组合;
优选地,步骤(2)所述金属盐包括铜盐和/或镍盐。
8.如权利要求1-7任一项所述方法,其特征在于,步骤(2)所述碱和金属盐的质量比为1:(0.05-0.2);
优选地,步骤(2)所述混合中气化细灰干基与由碱和金属盐组成混合物的质量比为1:(3-4)。
9.如权利要求1-8任一项所述方法,其特征在于,步骤(2)所述热活化处理的温度为850-900℃;
优选地,步骤(2)所述热活化处理的时间为1-2h。
10.如权利要求1-9任一项所述方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)将气化细灰进行酸处理,之后进行清洗和干燥得到酸处理料;
步骤(1)所述气化细灰的干基灰分为以质量百分含量计为40-70%;所述气化细灰的含水量以质量百分含量计为60-70%;所述酸处理中所用酸和气化细灰干基的质量比为1:(1-1.2);所述酸处理中所用酸包括浓盐酸、浓硝酸或浓硫酸中的1种或至少2种的组合;所述酸处理的温度为50-90℃;所述酸处理的时间为2-2.5h;所述酸处理料的含水率以质量百分含量计≤3%;
(2)将碱、金属盐和步骤(1)所得酸处理料经混合后进行热活化处理,冷却后经酸洗、洗涤和干燥得到多孔吸附材料;
步骤(2)所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的1种或至少2种的组合;所述金属盐包括铜盐和/或镍盐;所述碱和金属盐的质量比为1:(0.05-0.2);所述混合中酸处理料的粒径≤0.5mm;所述混合中气化细灰干基与由碱和金属盐组成混合物的质量比为1:(3-4);所述热活化处理的温度为850-900℃;所述热活化处理的时间为1-2h。
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