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烟气脱硫石膏是火电厂、炼油厂等企业基于湿法脱硫技术而得到的一种工业副产物,主要物相为二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)。其大范围的堆积造成了环境的二次污染,且脱硫石膏自身化学组分、晶相结构的复杂性以及颗粒尺寸、微观形貌的不规则性限制了其资源化再生利用。 本文以宁夏中卫发电厂产生的脱硫石膏为原料,采用常压酸化法进行除杂、转化再生。研究结果表明,脱硫石膏转化产物及形貌与盐酸浓度密切相关。在常温条件下,盐酸浓度大于10mol/L时,脱硫石膏可转变为棒状的半水硫酸钙(CaSO4·0.5H2O)。在温度为93-95℃的条件下,当盐酸溶液浓度为1mol/L时,脱硫石膏转化为大颗粒状无规则形貌的CaSO4·0.5H2O;当盐酸溶液浓度为2mol/L时,脱硫石膏转化产物是长径比约为300的CaSO4·0.5H2O晶须;当盐酸溶液浓度为3-4mol/L时,脱硫石膏转化产物是短棒状的CaSO4·0.5H2O晶体;当盐酸溶液浓度为5-6mol/L时,脱硫石膏转化产物是片层状的无水硫酸钙(CaSO4)。在常温、常压下的浓盐酸中,脱硫石膏的转化是由于CaSO4·2H2O中的水分子被盐酸质子化引起;在常压、高温下的稀盐酸中,脱硫石膏的转化遵循溶解-结晶机理。 研究了几种不同的添加剂如氯化镁(MgCl2)、十二烷基硫酸钠(SDS)、硬脂酸钠及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对转化产物的影响。实验结果表明,添加剂可以有效调控脱硫石膏转化再生产物的物相及形貌。在93-95℃、盐酸溶液浓度为1mol/L时,随着MgCl2添加量的增加,CaSO4·0.5H2O晶须的长径比先增大后减小,因此调节MgCl2添加量可以调节CaSO4·0.5H2O一维结构的长径比,此现象归因于MgCl2所产生的盐效应。在93-95℃、盐酸浓度为2mol/L时,随着SDS添加量的增加,脱硫石膏再生产物CaSO4·0.5H2O晶须的长径比减小,这是由于SDS表面活性剂中的亲水基团在硫酸钙晶面的选择性吸附所导致;且随着表面活性剂SDS添加量的增加,CaSO4·0.5H2O晶须可继续转变为片层状的CaSO4,这是由于SDS形成了片层状的胶束,该胶束的软模板作用以及SDS分子的亲、疏水作用影响了硫酸钙与结晶环境中水分子的相互作用,进而在控制脱硫石膏转化结晶产物的形貌的同时,也影响了硫酸钙晶体中的水分子含量即硫酸钙的晶体结构;硬脂酸钠及CTAB对脱硫石膏转化过程产生的影响相似,表现为脱硫石膏的转化产物均为长径比约2的短棒状CaSO4·0.5H2O,主要是由于硬脂酸钠及CTAB的加入影响溶液的粘度及离子的迁移速率,进而改变产物形貌。 通过选用棒状CaSO4·0.5H2O为代表,进一步研究其对典型偶氮有机染料刚果红(CR)的吸附性能。结果表明,棒状CaSO4·0.5H2O产物对CR有较强的吸附性能,其吸附热力学过程符合Langmuir模型,动力学过程符合pseudo-second-order模型,该吸附为化学吸附,且最大吸附量为1344.44mg/g,远高于目前所报道的其他种类的吸附剂,因此脱硫石膏转化后的棒状CaSO4·0.5H2O在污水中偶氮染料的移除过程展现出了巨大的应用潜力。