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煤矸石是煤炭开采中产生的固体废弃物,它的大量产生给环境带来了大气污染、水污染等环境问题。由于煤矸石是一种以高岭石为主要成分的硅酸盐矿物,其成分中的活性SiOz和Al2O3为可作为晶化合成的原料,石英成分可作为原位合成载体。因此可利用煤矸石原位晶化合成催化、吸附材料-ZSM-5沸石。
本论文研究了煤矸石的活化过程,采用Al3+溶出率作为评定指标确定活化条件,利用XRD确定晶型、SEM扫描电镜确定晶体形貌。结果表明:活化最佳活化条件为煅烧时间1.5h、煅烧温度650℃、冰水冷却,在此条件下Al3+溶出率可达70.14%。活化后煤矸石中的高岭石转化为偏高岭石,晶体结构呈疏松状态,活化效果较好。
利用活化后的煤矸石为原料,分别以正丁胺和氨水为模板剂通过原位晶化法合成ZSM-5沸石。通过设计正交试验,以Ca2+交换率作为评定指标,对原位晶化过程进行了研究,利用XRD确定晶型、SEM扫描电镜确定晶体形貌。结果表明:最佳晶化条件为晶化时间36h,晶化温度140℃,硅铝比40,NaOH浓度1.5mol/L,液固比3:1。经XRD和SEM电镜分析产品发现以正丁胺为模板剂合成出的ZSM-5沸石部分衍射峰与ZSM-5标准峰形相对应,晶体呈长方体状,结晶度达62.16%,成晶效果较好。
最后,实验通过设计沸石吸附NH4+实验,对比不同模板剂制备出的沸石产品对NH4+的吸附,结果表明,以正丁胺为模板剂制备出的ZSM-5沸石对NH4+具有良好的吸附作用,去除率可达93%。