临江硅藻土煅烧改性、助滤吸附性能及机理研究

摘要

硅藻土是一种重要的非金属矿，发达的微细孔洞和较强的化学稳定性，使其在助滤剂、吸附剂等领域应用广泛。百分之八十的硅藻土在生产过程中需要进行煅烧改性，因此论文以资源储量丰富的临江硅藻土为研究对象，针对硅藻土煅烧改性过程中存在的问题进行研究，论文对综合开发和高附加值利用该资源具有理论意义和实际应用价值。
　　论文系统研究了煅烧改性工艺条件对助滤剂性能影响，改性温度、助熔剂、增塑剂对硅藻土吸附陶粒结构强度及吸附性能影响，以及改性温度和助熔煅烧对硅藻土性能影响，并通过 XRD、FTIR、SEM和 BET等对材料的制备过程、助滤吸附性能进行系统的表征和机理分析，获得以下主要结论：
　　（1）煅烧改性应用于助滤剂研究
　　还原气氛可抑制有机质充分燃烧，防止硅藻过度熔融，获得过滤性能更优的助滤剂；降低硅藻原料铁含量或煅烧改性后添加水可显著降低啤酒可溶性铁离子含量；煅烧改性后湿法分级分离微细颗粒，可显著降低可吸入晶型二氧化硅含量。对助滤过滤机理研究表明，硅藻助滤剂过滤啤酒是以表面截留为主，深度截留与吸附作用为辅。硅藻土对啤酒杂质的吸附是放热、自发、物理吸附过程。
　　（2）煅烧改性应用于吸附陶粒研究
　　升高煅烧改性温度有利于增强陶粒结构强度，但硅羟基逐渐被破坏，吸附性能降低；改性温度超过600℃后，助熔剂对硅藻陶粒结构强度有较大的提高。硅酸盐水泥为最佳增塑剂，添加硅酸盐水泥得到的硅藻陶粒致损可跌落次数达到49次，散失率低至1.96％。硅藻土对阳离子红吸附研究表明，吸附为吸热、自发、物理吸附过程，主要作用力为静电吸引力及范德华力。
　　（3）改性温度对硅藻土性能影响规律
　　改性温度越高，硅藻土熔融程度越高，粒度越粗；400℃无助熔改性可获得最高的比表面积、孔容、孔径；改性温度超过1000℃或助熔改性温度超过800℃时，硅藻土中可吸入晶型二氧化硅分数高于1%，超过美国标准的规定值，对人体健康会有较大的危害。
　　无助熔煅烧改性中，硅藻土中石英在高于900℃时转化为鳞石英，由方石英雏晶组成的准晶质蛋白石在高于1000℃时逐渐转变为方石英。助熔剂可使石英至鳞石英以及蛋白石至方石英的相变温度降低200℃左右，并促使鳞石英在1100℃左右转变为方石英。助熔剂金属离子会破坏二氧化硅Si-O-Si键而使其重新结晶，金属离子最终处于网络晶体结构的边缘以平衡电荷，而有利于晶体结构的稳定，所以助熔剂可大幅降低 Si-O键需断裂的晶型转变温度。钠离子比钾离子、铷离子、铯离子具有更小的离子半径，更易进入Si-O-Si网络结构，故含钠助熔剂助熔作用更强。

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第1章 绪论

1.1 硅藻土

1.2 助滤剂研究现状

1.3 吸附陶粒研究现状

1.4 煅烧改性相变研究现状

1.5 课题研究目的、意义及内容

第2章 试验原料、仪器及方法

2.1 硅藻土试样

2.2 试验药剂

2.3 试验仪器及设备

2.4 试验方法

2.5 分析测试方法

第3章 煅烧改性应用于助滤剂研究

3.1 煅烧改性条件对助滤剂性能影响研究

3.2 助滤剂性能优化技术研究

3.3 粒度组成对过滤性能影响及机理

3.4 助滤剂助滤过滤机理

3.5 本章小结

第4章 煅烧改性应用于吸附陶粒研究

4.1 改性温度对硅藻陶粒性能的影响

4.2 助熔剂对硅藻陶粒性能的影响

4.3 增塑剂对硅藻陶粒性能的影响及机理

4.4 硅藻土吸附阳离子红及机理

4.5 本章小结

第5章 改性温度对硅藻性能影响规律及机理

5.1 改性温度对硅藻粒度影响

5.2 改性温度对硅藻土比表面积的影响

5.3 改性温度对硅藻土孔容、孔径的影响

5.4 改性温度对硅藻表面硅羟基影响

5.5 改性温度对硅藻土白度的影响

5.6 改性温度对二氧化硅物相变化影响

5.7 改性温度对可吸入晶型二氧化硅分数的影响

5.8 本章小结

第6章 结论、创新点与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

附录