粉煤灰的形貌、组成分析及其应用

摘要

燃煤电厂的废弃污染物——粉煤灰,具有较高的资源价值.《粉煤灰固定化絮凝剂的生产与染整污水处理研究》是广东省重点攻关资助项目(编号:2003A3060302)和广东省教育厅基金资助项目(编号:z02084).在掌握了扫描电镜,能量色散谱等表面分析仪器操作及分析特性的基础上,本文对粉煤灰及激活剂处理的粉煤灰进行了充分分析,解决了固定化絮凝剂制备的第一个技术难题,并在此基础上开展了粉煤灰固定化絮凝剂制备的前期研究.本论文共分为三章.第一章利用场发射电子显微镜、扫描电镜/能量色散谱等仪器的二次电子成像、背散射电子成像及能量色散谱对粉煤灰的元素组成、形貌特征进行了较全面的分析.广东沙角发电厂A机组排放的粉煤灰,是直径在100nm~5um间的比较规则的球形半透明玻璃微珠,6~10颗相互聚集成较大粒团,元素组成为Si、Al、O、Cu、Zn、Mg、Ti、C、Fe、Ba等,以Si、O、Al为主,分别占21％、57％、15％左右,高含量元素O表明粉煤灰表面主要是SiO<,2>、Al<,2>O<,3>.粉煤灰微粒的球形基体的表面不均匀地粘附着更小的球形颗粒,小球形颗粒与基体间有空隙和小孔.这些都是粉煤灰具有优良吸附性的物质基础和结构基础.通过分析可知,粉煤灰颗粒是各种氧化物的随机聚集体.第二章从开发粉煤灰的元素资源出发,突破以碱为激活剂的传统方法,用少量酸,在不破坏粉煤灰吸附性能的情况下,生成少量传统絮凝剂——铝盐和铁盐,作为粉煤灰固定化絮凝剂的活性絮凝点.利用表面分析仪器比较了与HCl、HNO<,3>、HClO<,4>、H2SO<,4>四种酸反应后粉煤灰的形貌、组成及主要产物.酸与粉煤灰的固相反应过程是逐层剥蚀,溶解铁铝氧化物及其它金属氧化物的过程.H<,2>SO<,4>优先与粉煤灰中的Fe、Al氧化物发生复分解反应,产物在二次离子水的作用下,可结晶成较纯的Fe<,2>(SO<,4>)<,3>、Al<,2>(SO<,4>)<,3>晶体.H<,2>SO<,4>的转化率达90.9％.傅立叶红外光谱图显示,H<,2>SO<,4>与粉煤灰反应中所释放的反应热使晶型二氧化硅受到破坏,其晶型二氧化硅的特征峰消失,而其它三种酸无此效果(HCl、HNO<,3>、HClO<,4>).常温下粉煤灰中氧化铁、氧化铝与H<,2>SO<,4>反应的最佳时间均为9h.高温下H<,2>SO<,4>与粉煤灰的反应,当温度达到200℃以上时,可在粉煤灰上形成块状结晶;250℃的结晶明显多于200℃;250℃下的最佳处理时间为1h.在此基础上,进一步从反应的吉布斯自由能和反应热的变化,探讨了H<,2>SO<,4>与粉煤灰的反应机理.由热力学数据可知各氧化物均易与H<,2>SO<,4>反应,即使较稳定的莫来石(3Al<,2>O<,3>·SiO<,2>)也一样.因此,H<,2>SO<,4>可有效地与铝铁氧化物反应,又不明显破坏粉煤灰的玻璃微珠,为粉煤灰的最佳激活剂,解决了粉煤灰固定化絮凝剂制备过程的第一个技术难题.第三章初步研究了粉煤灰固定化絮凝剂的制备.以固相反应粉煤灰为主要原料,采用微波法将聚合氯化铝等絮凝剂均匀地掺加到粉煤灰中,与粘结剂、给水剂一起,制得聚合氯化铝均匀分布的集絮凝、吸附于一体的固定化絮凝剂.其多微孔、多絮凝点、多吸附点是其具有良好污水处理效果的原因.

目录

文摘

英文文摘

引言

第一节粉煤灰的概述

第二节固定化絮凝剂概述

第三节表面分析仪器概述

第四节SEM、X射线衍射仪在粉煤灰中的应用及本文主要内容

第一章粉煤灰的结构与组成研究

第一节粉煤灰的表面形貌、粒子直径的SEM、FIB、0M分析

第二节粉煤灰元素组成的SEM/EDS分析

第三节粉煤灰的SEM/EDS背散射分析

第四节小结

第二章固相反应粉煤灰结构与组成研究

第一节常温固相反应粉煤灰的SEM/EDS、FTIR分析

第二节高温下H2SO4与粉煤灰的固相反应

第三节固相反应机理的探讨

第四节小结

第三章固定化絮凝剂制备的初步研究

第一节固定化絮凝剂

第二节粉煤灰固定化絮凝剂的制备

第三节粉煤灰固定化絮凝剂的初步状态

第四节粉煤灰固定化絮凝剂的意义和市场前景

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢