低温固相法活化煤气化细渣及其综合利用制备二氧化硅介孔材料

摘要

本论文探究了如何利用煤气化细渣中的高残碳量含有的燃烧热来改进固相反应活化残渣实现低温、低能耗的活化工艺，并用于提取铝硅等有效成分。提出一种简单易控的工艺来降低能耗并考察了相关因素;以煤气化细渣为原料制备了高比表面二氧化硅，并对制得的样品进行了一系列的表征;以煤气化细渣为原料制备了SBA-15以及掺有活性离子的Fe-Al-Ti-SBA-15。
　　煤气化细渣中氧化铝主要存在于莫来石晶格，经Na2CO3（或CaCO3）在通氧状态下焙烧活化，用盐酸溶出熟料中的铝后，测定其铝提取率。最佳焙烧条件为:原料配比（细渣/Na2CO3）1.9∶1，在惰性气氛中升温至350℃，在通氧状态下反应10min，氧化铝提取率89％;原料配比（细渣/CaCO3）2∶1，在惰性气氛中升温至700℃，在通氧状态下反应15min，氧化铝提取率89％;
　　以煤气化细渣作为硅源，CTAB和Trion-X-100作为混合模板剂制备了高比表面二氧化硅。利用SEM、TEM、比表面测试、红外光谱以及X射线粉末衍射对所制得的样品进行了一系列表征。样品的比表面积为1248～1573m2/g，平均孔尺寸2nm，二氧化硅纯度高达99.6％。
　　以煤气化细渣作为硅源，P123作为模板剂，在低pH(0.45)值条件下制备了高度有序的六方介孔材料SBA-15。利用调节pH值的方法将煤气化细渣中的Fe、Al、Ti引入到SBA-15中。当pH值调到1.5时，通过27Al固体核磁分析确定铝以四配位的形式掺入到介孔材料的骨架中，Fe、Ti通过紫外可见漫反射分析确定也以四配位的形式掺入骨架中。随着pH值的增大，铝不仅以四配位掺入到骨架中，还有一部分以六配位形式掺入，铁不仅形成骨架内铁物种还形成了骨架外的不同铁物种。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及选题意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 选题意义

1．2 研究现状及研究目标

1．2．1 煤气化细渣的应用现状

1．2．2 介孔氧化硅材料的研究现状

1．2．3 介孔氧化硅材料的制备方法

1．2．4 介孔材料中引入活性离子

1．2．5 介孔二氧化硅材料合成机理概述

1．2．6 论文研究目标

1．3 研究内容及路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究路线

1．3．3 主要研究成果

第二章 实验材料与方法

2．1 实验原材料

2．2 实验试剂

2．3 实验仪器

2．4 分析方法

2．4．1 矿物中氧化铁含量的测定

2．4．2 矿物中氧化铝含量的测定

2．4．3 表征手段

第三章 固相烧结法实现煤气化细渣提取铝

3．1 传统的高温固相烧结法提取氧化铝

3．1．1 反应原理

3．1．2 煤气化细渣与碳酸钠比例摸索

3．1．3 固相反应温度对铝提取率的影响

3．1．4 固相反应焙烧时间对铝提取率的影响

3．1．5 煤气化细渣与碳酸钙反应的条件摸索

3．1．6 小结

3．2 低温固相烧结法提取氧化铝

3．2．1 改进高温固相法提取氧化铝的方法

3．2．2 改进的高温固相烧结法所需的温度

3．2．3 改进的高温固相烧结法所需的反应时间

3．2．4 改进的高温固相烧结法所需的含氧量

3．2．5 小结

3．3 工艺拓展应用

3．3．1 煤气化细渣中的残炭对改进工艺的影响

3．3．2 低残炭量煤气化细渣应用该工艺

3．4 本章总结

第四章 煤气化细渣制备高比表面二氧化硅

4．1 介孔二氧化硅材料的制备

4．1．1 煤气化细渣样预处理

4．1．2 表面活性剂的选择

4．1．3 制备过程

4．2 样品性能表征

4．2．1 X-射线粉末衍射

4．2．2 扫描电镜(SEM)分析

4．2．3 透射电镜(TEM)分析

4．2．4 红外光谱(IR)分析

4．2．5 比表面测试分析

4．2．6 元素分析(ICP)测试

4．3 结果讨论与分析

4．4 本章总结

第五章 煤气化细渣为原料制备SBA-15、Me-SBA-15

5．1 煤气化细渣低酸度条件下制备SBA-15

5．1．1 实验部分

5．1．2 样品表征

5．1．3 结果讨论与分析

5．2 煤气化细渣制备Fe-Al-Ti-SBA-15

5．2．1 活性离子状态表征手段

5．2．2 一步共缩聚法

5．2．3 结果与讨论

5．2．4 两步法制备Fe、Al、Ti共掺杂的SBA-15介孔材料

5．2．5 结果与讨论

5．3 本章总结

第六章 结论

6．1 全文总结

6．2 有待进一步研究的问题

参考文献

硕士期间研究成果

致谢