粉煤灰颗粒表面改性负载理论及应用研究

发布时间：2020-03-19 07:21

【摘要】：当前,粉煤灰主要被用于建筑工程、矿区回填、道路工程、提取矿物或农业应用等领域。这些应用存在的主要问题是附加值一般不高,企业对粉煤灰应用的积极性有限,甚至有的企业依靠国家的补贴才能勉强生存。高附加值利用一直是粉煤灰应用研究的热点。一方面,高附加值利用粉煤灰能够给企业带来高利润,促使企业技术升级,促进产业发展;另一方面,粉煤灰应用领域得到拓展,可以替代不同行业的相关功能材料,减少了对矿产资源的需求,同时也保护了环境。本论文中为实现粉煤灰向功能材料转化,参考传统矿物功能化特点,从两个方面对粉煤灰功能化进行研究:(1)有机改性包覆。粉煤灰颗粒表面先用小分子改性剂改性,再包覆功能基团,以期在有机复合材料中获得良好的分散性和结合界面;(2)无机改性负载。粉煤灰在经过酸洗等无机改性后,在其表面负载功能材料,实现粉煤灰的功能化。研究结果表明:1、粉煤灰经过有机改性包覆后,作为功能填料添加到聚合物基体中。经过三聚磷酸钠包覆的改性粉煤灰全部替代碳酸钙(CaCO3)添加到聚丙烯(PP)塑料基体中制备的复合材料,拉伸强度为26.5MPa,缺口冲击强度为61.5MPa,伸长率为945.7%,与替代前塑料的力学性能相差不大。经过铝酸酯偶联剂包覆的改性粉煤灰部分替代炭黑添加到丁苯(SBR)橡胶基体中制备的复合材料,其拉伸强度为18.1MPa,撕裂强度为38.8MPa,与替代前橡胶的力学性能基本相同。改性粉煤灰在高分子材料中充当填料时,在维持其性能的同时,大大的降低了成本,具有很好的应用性。2、粉煤灰(FA)、粉煤灰磁珠(FAB)和镍粉(Ni)等经过有机改性后,作为核心,在颗粒表面通过原位聚合的方法包覆聚苯胺。制备聚苯胺时,当掺杂酸DBSA:HC1=2:8(摩尔比)时,最小反射率峰值为-11.58dB,吸波性能最佳;K-OFAB@K-ONi-PANI的吸波性能优异,最小反射率峰值达到-49.35dB,10dB频宽为4.32GHz。粉煤灰磁珠在复合吸波材料中发挥了协同作用,制备的复合材料达到较好的吸波性能,同时具有较宽的吸收频率。3、经过湿法研磨改性后,粉煤灰粒径降低至7.3μm以下,增加了比表面积;通过酸洗和煅烧,最佳煅烧工艺为800℃,保温时间150min,粉煤灰白度从35.1%(ISO)提高至52.8%;通过表面相变包覆氢氧化锌(Zn(OH)2)的方法将粉煤灰白度提高至70.7%,包覆过程中工艺参数设置为锌离子浓度c(Zn2+)=0.3mol·L-1,氢氧根的滴加速率v(OH-)=5×10-4mol·min-1,相变温度T=65℃。此结果显示相变包覆是成功的,白度增加程度与参考文献中复杂的方法得到的白度相近。4、粉煤灰经过无机改性和负载氧化锌(ZnO)后,对复合材料进行抑菌圈和抗菌率实验。结果显示,抑菌圈实验中,无论是粉末还是压片均能观察到明显的抑菌圈,其中粉末的接触面积大,具有更大的抑菌圈;改性粉煤灰抗菌率实验中抗菌率可达86.5%,抗菌效果显著。复合材料中,有效抗菌成分ZnO仅占总质量的28.9%,实现有效抗菌的同时大大节约了抗菌材料的成本。5、粉煤灰经过无机改性后,通过均匀沉淀法在颗粒表面负载TiO2,得到了粉煤灰光催化复合材料。该复合材料在暗反应过程中表现出较强的吸附能力,其在紫外光条件下的光催化效率达到了 95%左右,同时在可见光条件下的光催化效率在93%左右;这是由于粉煤灰光催化复合材料的禁带宽度降低为2.82eV,在可见光下就能表现出很好的光催化效果。同时复合材料中有效成分Ti02的质量仅占总质量的28.6%,大大节约了光催化材料的成本。综上所述,粉煤灰经过有机改性和无机改性后,制备而成的功能材料在不同领域都可以得到很好的应用,这是由于多数功能材料的功能作用主要在表面与界面处发生,通过有针对性的处理和资源化粉煤灰,不仅因功能化而增加了粉煤灰的附加值,而且还拓展了粉煤灰的应用领域。图[59]表[30]参[95]
【图文】：

粒径分布,占比,粒径分布,颗粒

ＲＦＡ经过水洗、捞除漂珠、磁选以及砂磨粉碎等预处理过程后制逡逑备得到ＦＡ，其粒径变化可用激光粒度分析仪进行比较。对ＲＦＡ和ＦＡ的粒度分逡逑析结果如图２．２所示。逡逑一邋１００邋逦ｐ００００００＾逡逑Ｃａ）逡逑［0邋６０邋－逦ｐ逡逑｜邋４０．逡逑逦逡逑０＿０】逦０」逦１逦１０逦１００逡逑Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋Ｄｉａｍｅｔｅｒ邋／逡逑—邋１００逦—ｐｃ＞ｏｏｏｏｃ＜ｘｘｘｘｘｘｘｘｘｘ＞ｏｏｏｏ逡逑｜邋ｓｏ邋－逦（ｂ）逦ｆ逡逑Ｉ６０：逦／逡逑！４０邋■逦ｒ逡逑＾邋ｑＪ＾ｎｏＯＯＱＯＰＱＱＯＱＯＯＯＱ＾逦逦逦逦，逦逦逦邋．逡逑００】逦０．１逦１逦１０逦］0０逡逑Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋Ｄｉａｍｅｔｅｒ邋／邋ｊｉｍ逡逑图２．２邋ＲＦＡ和ＦＡ的粒径分布（（ａ）为ＲＦＡ；邋（ｂ）为ＦＡ）逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｐａｒｔｉｃｌｅ邋ｓｉｚｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＲＦＡ邋ａｎｄ邋ＦＡ邋（邋（ａ）邋ｉｓ邋ＲＰＡ邋；邋（ｂ）邋ｉｓ邋ＦＡ）逡逑由图２．２可知，ＲＦＡ中粒径在之间的颗粒占比达５５．２１％，逡逑粒径在１１．ｌ［ｘｍ以下的颗粒只占４４．７９％；邋ＦＡ的粒径则全部处于７．３ｊｘｍ以下。通逡逑１２逡逑

对比图,对比图,卡片,物相结构

ＦＡ为本论文后续实验中的主要原料，因此对其物相结构和表面形貌的分析逡逑具有重要意义，与ＲＦＡ相比，两者在物相结构和表面形貌上存在一定的差异。逡逑ＲＦＡ与ＦＡ的物相结构对比如图２．３所示。逡逑？莫来石逡逑＊石英逡逑？赤铁矿逡逑Ｕ＊邋＋邋？邋＊逦？逦？逦？邋（ＦＡ）逡逑＊逦力？邋？邋＊邋一逦？邋＊逦？逦？逦（ＲＦＡ）逡逑Ｉ逦．逦Ｉ逦．逦Ｉ逦．逦Ｉ逦．逦Ｉ逦．逦Ｉ逦．邋Ｉ逡逑２０逦３０逦４０逦５０逦６０逦７０逦８０逡逑２０／°逡逑图２．３邋ＲＦＡ和ＦＡ的ＸＲＤ对比图逡逑Ｆｉｇ．２．３邋ＸＲＤ邋ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ＲＰＡ邋ａｎｄ邋ＦＡ逡逑如图２．３所示，ＲＦＡ和ＦＡ中都含有的晶相为莫来石相（Ａｌ６Ｓｉ２０１３，标准逡逑ＰＤＦ卡片＃１５－７７６）和石英相（Ｓｉ０２，标准ＰＤＦ卡片＃５－４９０）；邋ＲＦＡ中存在着赤逡逑铁矿（Ｆｅ２０３，标准ＰＤＦ卡片＃７９－０００７）的晶相，而ＦＡ中则没有发现，这是因逡逑为经过磁选后，含有大量赤铁矿的磁珠被分选出来，，导致ＦＡ中的赤铁矿含量较逡逑少。进一步观察图２．３发现，ＲＦＡ和ＦＡ在２０－３５°区间内出现“馒头状”
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X705

【参考文献】