C粉煤灰复合吸附材料的制备及表征.pdf

I鹤．8 第28卷第8期 应用化学 V01．28 2011年8月 CHINESEJOURNALOFAPPUEDCHEMISirRY Aug．2011 C／粉煤灰复合吸附材料的制备及表征 张德懿8加 马 颖4 王 毅小 冯辉霞6 雒和明6 满新伟6 郝 远4 (4兰州理工大学，甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室兰州730Q50； 6兰州理工大学石油化工学院兰州730050) 摘耍以粉煤灰和蔗糖为原料，浓硫酸为炭化剂，制备了一种新型的c／粉煤灰复合吸附材料。采用x光电 子能谱、红外吸收光谱、场发射扫描电子显微镜、x射线衍射及N：气吸附实验对所制备复合材料进行了表征。 结果表明，粉煤灰表面被类石墨态炭纳米颗粒所包裹，复合材料表面密集分布着大量的介孔，Bmn舢er- En瑚en．Teuer(BET)比表面积sB盯=5．4m2／g，并且在该复合材料表面含有丰富的一S03H、—c00H和—0H 等含氧官能团。考察了所制备的复合材料对典型阳离子型染料亚甲基蓝及重金属离子的吸附能力，结果表 明，该复合材料具有优异的吸附性能，其对亚甲基蓝的吸附能力达到活性炭的83．7％。对典型重金属离子的 吸附能力优于市售活性炭。所制备复合材料可作为活性炭的一种替代品，用于水中有机染料和重金属离子的 吸附处理。 关键词粉煤灰，复合材料，炭，蔗糖，吸附 中图分类号：0647．3 文献标识码：A 文章编号：1000舾18(2011)08埘M2聊 DOI：lO．3724／SP．J．1095．2011．∞559 粉煤灰俗称飞灰，是燃煤热电厂排出的细粉状固体废弃物，其主要成分是SiO：、Al：O，、CaO和Fe：O， 等，同时还含有少量其它物质。粉煤灰产量巨大，其全球累计堆积量已超过30亿吨，而我国每年粉煤灰 的排放量就占世界的30％¨引。因此，粉煤灰的综合利用引起各国极大的关注。目前，粉煤灰在我国主 要用于建筑制砖、水泥原料、路基材料、土壤改良剂和橡胶填料等，但其综合利用率仍不到40％，远低于 发达国家水平∞圳。因此，开发粉煤灰的其它应用途径，提升粉煤灰资源的经济价值和综合利用率，减少 其对环境的危害，已成为当务之急。近年来国内外文献已报道了诸多粉煤灰廉价的应用途径，包括作为 水处理吸附材料”引，制备沸石、分子筛、陶瓷、玻璃和白炭黑等功能材料¨0‘13J，制备氢氧化铝和氧化铝 等化工产品114‘15l。其中，因粉煤灰具有多孔结构，孔隙率和比表面积大等优点，作为水处理吸附材料具 有极大的优势。但粉煤灰自身的吸附能力并不强，必须对其进行改性和激活后方可使用。目前，粉煤灰 的改性和激活方法主要有利用酸或碱处理粉煤灰以改善表面形貌及表面积¨¨¨，或是在粉煤灰中加入 表面活性剂进行表面修饰【I8|。改性后的粉煤灰可用于水中重金属离子的去除和印染废水的处理。但改 性后的粉煤灰吸附容量依然不理想，水处理时粉煤灰投加量较大，往往造成对环境的二次污染，严重制 约着其实际应用。因此，研究其新的改性方法，显著提高粉煤灰的吸附容量，具有现实的意义。 2005年，1钛agaki等¨纠研究发现，葡萄糖和蔗糖等在不完全炭化的情况下，炭颗粒中只有小尺寸的 稠环芳烃，没有形成大尺寸的石墨烯层面，其结构中有较多可磺化的活泼氢，在浓硫酸或发烟硫酸中磺 化，可在炭颗粒表面引入磺酸基团。在作者以往的工作中，也报道了一种新型无孔炭质吸附材料，其中 以蔗糖为原料，浓硫酸作为炭化剂，利用浓硫酸的氧化和璜化作用，在吸附材料表面引入大量活性含氧 官能团。其比表面积仅O．6m2／g，而其对亚甲基蓝的吸附能力优于普通活性炭，对Cr6+的吸附能力达到 活性炭的70％唧J。但因蔗糖价格较高，限制了该吸附材料的实际应用。在粉煤灰表面引入有机官能团 功能化炭颗粒，将极大地改善粉煤灰的吸附能力，并有望开拓粉煤灰新的应用途径，对提高粉煤灰资源 2010J∞j26收稿，2010·12·18侈回 国家科技部专项基金(20∞