用于除塵脫氮柱狀催化劑載體材料的制備

用于除塵脫氮柱狀催化劑載體材料的制備

赤泥是鋁土礦開采氧化過程中產(chǎn)生的廢物，因此被稱為赤紅色粘土。每生產(chǎn)1t氧化鋁大約要產(chǎn)生0.5～2.5t的赤泥,并且每噸赤泥還附帶約4m3含堿廢液,大量赤泥的產(chǎn)生會對環(huán)境造成污染。如何將赤泥變廢為寶成為了當前研究的熱點。赤泥因氧化鋁的生產(chǎn)方法不同,可分為燒結(jié)法型,拜耳法型和聯(lián)合法型3種。在本實驗中制備的載體用的是燒結(jié)法產(chǎn)生的赤泥,其組成主要有SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO,TiO2,Na2O,K2O,載體里還有一種主要材料是粉煤灰,粉煤灰是熱電廠燃燒煤炭過程中產(chǎn)生的固體殘渣,目前我國電力工業(yè)發(fā)展格局仍以火電為主,這意味著粉煤灰的排放量會持續(xù)增加,有數(shù)據(jù)顯示2000年全國電廠粉煤灰的排放量達到1.6億t,僅這些粉煤灰的儲存就占去2667hm2土地和良田。熱電廠的粉煤灰CaO的含量為4.06%,SiO2、Al2O3的含量達到93%以上,是一種優(yōu)質(zhì)的低鈣粉煤灰。粉煤灰不僅比其他耐火材料成本低,而且強度以及抵抗化學侵蝕性能均好。本實驗以赤泥、粉煤灰等為原料制備了載體,充分利用了二次資源,降低了實驗成本。在此之前已經(jīng)有不少學者做了赤泥等制備陶瓷材料的研究,但是利用固體廢棄物制備氣固分離的載體材料文章較少見,在大量查閱總結(jié)他人研究成果的基礎(chǔ)上,本實驗提出了一個合理的實驗方案,找到了初步的配方,重點研究了不同燒結(jié)溫度下得到的載體氣孔率、氣孔分布、抗壓強度等性能。通過對比初步確定了適宜的燒結(jié)溫度。1膨潤土試劑實驗材料:赤泥(山東鋁業(yè)公司);粉煤灰(北京火力發(fā)電廠);膨潤土(北京化學試劑公司);普通碎玻璃。儀器設(shè)備:電子分析天平、電熱恒溫干燥箱、人工智能箱式電阻爐、透反射顯微鏡、抗壓強度測試儀。2阻燃紅樹莓原汁的制備(1)材料的制備:取適量赤泥材料在烘箱內(nèi)烘干、砸碎、研磨,過160目篩子篩分,取干燥的細赤泥備用。然后將適量的粉煤進行預處理,步驟同上。膨潤土可以選擇廠家生產(chǎn)的標準成分。最后找玻璃瓶洗凈、烘干、砸碎、研磨,然后過120目篩子篩分,取細玻璃粉末備用。載體模具自制,外形為內(nèi)直徑約為0.75cm,高約為6cm的空心圓柱。(2)實驗步驟:將赤泥、粉煤灰、膨潤土、碎玻璃按一定的比例混合均勻,加入去離子水攪拌做成坯狀,然后用自制模具將混合物做成直徑0.75cm,高約為1cm的載體雛形。放入100℃烘箱中烘干,然后用高溫人工智能箱式電阻爐燒結(jié),制得表面有孔隙的堅硬載體,對燒結(jié)后的樣品進行強度和孔隙率的測定。改變原料配比重復以上實驗步驟。3結(jié)果與討論3.1載體的用量及用量各種材料的用量對于載體的成型非常重要,實驗采取了8種配比,7個燒結(jié)溫度點,5個保溫時間,共35組實驗,見表1。實驗結(jié)果見圖1。赤泥、粉煤灰、膨潤土、碎玻璃的用量對材料的硬度孔隙率有一定影響,通過實驗得知,隨著碎玻璃的加入使得載體顆粒的硬度和孔隙率達到最佳值的平衡時間減少了,即減少了保溫時間,文獻顯示這是由于燒結(jié)過程加速了發(fā)生的化學反應。載體孔隙的多少直接影響其負載性能,所以主要檢測孔隙率的大小來鑒定載體是否符合要求,也通過孔隙率來尋找合適的載體。各種配比的燒結(jié)情況以及孔隙率、抗壓強度的關(guān)系如圖1所示。3.2玻璃化階段的作用特性首先確定馬弗爐的升溫速率是否滿足實驗載體要求的升溫速率。該實驗使用的是洛陽市西格瑪儀器制造有限公司生產(chǎn)的人工智能箱式電阻爐。升溫程序為30min升溫到100°C,升到設(shè)定溫度后自動保溫一定時間后冷卻降溫。從升溫開始到400°C過程中,載體中有機質(zhì)燃燒,接著開始脫水。這個過程反應較快,所以相應的升溫速率也比設(shè)定的快,400～900°C是玻璃化階段,內(nèi)部出現(xiàn)黏滯性物態(tài),在燒制過程中繼而產(chǎn)生玻璃狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。一般來說,快速加熱下熔解的石英等玻璃態(tài)物質(zhì)黏度小,容易滲透到各種晶體顆粒間隙中,使吸附材質(zhì)的顆粒結(jié)構(gòu)過于致密,會使氣孔較少。顆粒內(nèi)部的氣孔較少,直接影響到載體的負載功能,所以這個階段加熱應緩慢而均勻;當升溫至900°C以上時,較多的玻璃態(tài)物質(zhì)會影響吸附材質(zhì)的顆粒形狀穩(wěn)定性,所以這個階段可以較快地升溫到燒成溫度。在最佳的升溫速率下,燒制出的赤泥載體顆粒在透反射顯微鏡放大400倍時照片如圖2所示,孔隙呈大小不等的圓形。3.3燒結(jié)溫度對載體性能的影響實驗選取了6個燒結(jié)溫度,分別是950°C,1000°C,1050°C,1100°C,1050°C和1200°C。燒結(jié)溫度對材料強度和孔隙率的影響見圖2。在溫度低時,載體的吸附強度比較小,沒有明顯肉眼看得見的孔隙,抗壓能力也比較小。隨著溫度的逐漸升高,載體的強度逐漸變大,并在一定的溫度范圍內(nèi)達到最優(yōu)值。當溫度再升高時,載體顆粒的強度也不會再增加,到1200°C時外觀呈現(xiàn)燒焦狀,變?yōu)楹谏?并且變形縮小,孔隙也逐漸減少。燒結(jié)溫度和孔隙率、抗壓強度的關(guān)系如圖3所示。3.4負載溶膠狀液體保溫時間決定著赤泥中玻璃相的形成,充分的保溫時間能夠使原料中玻璃相形成的反應更為完全,從而使載體達到一定的強度,并且具有一定的孔隙率,對于負載溶膠狀液體有很大優(yōu)勢。在實驗中,保溫時間在達到1.5h后對載體的孔隙形成影響不是特別明顯,所以考慮到經(jīng)濟性,可選擇保溫時間在1.5h～2.0h之間。4載體孔隙率及材料配比(1)通過實驗得到符合材料要求的赤泥載體,發(fā)現(xiàn)燒結(jié)溫度和材料配比是影響赤泥載體性能的主要因素。燒結(jié)溫度在1000°C時抗壓強度與孔隙率達到最優(yōu)值,溫度大于1150°C后,隨溫度升高抗壓強度下降。(2)確定了的材料配比,赤泥含量為50%～60%、粉煤灰約占25%,再加入少量