[发明专利]由煤矸石制备硅胶－活性炭复合吸附剂的方法

说明书

本发明是一种以煤矸石为原料制备硅胶-活性炭复合吸附剂的方法。

煤矸石是煤炭中质地坚硬、含碳量较低的部分，一般占总煤产量的10～20％，煤矸石因其热值低而无法燃烧利用，大多数煤矿采用露天堆放的方法处理，不仅占用大量耕地，而且容易自燃，放出有害气体，雨水冲刷也会将一些有毒物质洗下流入地下，造成环境污染。目前，煤矸石的利用还主要在于制造建筑材料、生产硅，铝等的工业原料等方面，如何深层次地利用煤矸石已成为人们日益关注的问题。

近年来，Hu等提出了用ZnCl₂或KOH活化煤矸石制备活性炭吸附剂(1．Z．H．Hu，E．F．Vansant．J．Colloid Interf．Sci，1995；176：422；2．Z．H．Hu，E．F．Vansant．Carbon，1995；33：1293；3．Z．H．Hu，E．F．Vansant．Catal．Today，1993；17：41)．曾有人通过用K₂CO₃活化煤矸石，同时应用简便的前处理、后处理步骤制得了灰分低、吸附性能好的高品质活性炭(邓晓虎，乐英红，高滋，应用化学，1997；14(3))。但这种方法只利用了煤矸石中含碳部分，而其中绝大部分的硅酸盐并未得到利用，因而十分可惜K₂CO₃、KOH等碱性物质在活化煤矸石中含碳部分的同时，亦可将其中的含硅成分转化为可溶性的硅酸盐，通过适当的处理即可转变为硅胶，从而形成一种既含硅胶又含活性炭的复合型吸附剂。众所周知，硅胶、活性炭是应用最广的两类吸附剂，但各有其优缺点，且价格较为昂贵。用煤矸石制备硅胶-活性炭复合材料，综合了两类吸附剂的优点，降低了吸附剂生产的成本；同时，又使煤矸石变废为宝，由其引起的环境问题也可得到综合治理，因而不仅具有经济价值，还具有深远的社会意义。

本发明的目的是寻求一种用煤矸石制备吸附性能好、易再生的硅胶-活性炭复合吸附剂的方法。

本发明煤矸石原料可以是各种类型的煤矸石，即不同地区，其成份不一的煤矸石，也可以是泥煤、粉煤灰等含碳、含硅的天然矿物质。

本发明涉及的制备硅胶-活性炭复合吸附剂的方法如下：

1．将原料与碱性活化试剂按预定比例充分混合均匀后烘干；

2．将混合物在N₂气气氛下升温至预定温度，反应一定时间；

3．将反应产物冷却至室温后，加适量的水，充分搅拌后，滴加酸至预定pH值，在预定温度下成胶一定时间；

4．将成胶后的产品成型后洗涤，干燥后即得成品。

1中所说的原料是指各种类型的煤矸石以及其它以碳和硅酸盐为主要成份的的物质，所说的碱性活化试剂是指各种无机碱，例如K₂CO₃、KOH、KHCO₃、NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃等。活化试剂／原料之比(重量比)可以是0．1～10，最好是0．75～2．0。

2中所说的反应温度可以是400℃～1500℃，最好是600℃～1000℃。反应时间可以是0．25～10小时，最好是2～4小时。

3中所说的成胶条件为：水与原料之比可以为2～100ml H₂O／g原料，最好为3～20mlH₂O／g原料，pH值可以为pH=2-14，最好是pH=1～2，成胶温度可以是10～100℃最好是40-80℃，3中所说的酸是指各种无机酸，例如HCl、H₂SO₄、HNO₃、H₃PO₄等，

本发明提供了由煤矸石直接制备硅胶-活性炭复合吸附剂的方法，该制备方法操作简便、价格低廉、原料利用率高，所得的吸附剂具有比表面大、对水和有机物吸附能力都很强、适用范围广、易于再生等优点，表1至表7说明了本发明产品的特性。

表1是不同pH值条件下制备的吸附剂的孔结构及吸附性能

表2是不同成胶温度条件下(pH=0)制备的吸附剂的孔结构及吸附性能

表3是不同水含量条件下制备的吸附剂的孔结构及吸附性能

表4是不同成胶温度条件下(一次性加入过量的酸)制备的吸附剂的孔结构及吸附性能

表5是使用不同试剂制备的吸附剂的孔结构及吸附性能

表6是样品的有机物的吸附性能