多层壳包覆粉煤灰的增白改性研究
发布时间：2021-12-21 20:27
粉煤灰（fly ash,FA）是我国最大的工业固体废弃物排放源之一。提高粉煤灰的利用率,实现粉煤灰的资源化利用,一直是固废资源化应用领域的热门研究。由于粉煤灰的化学组分和物理性质与造纸填料高岭土相似,用其作为造纸填料也成为了当下重要的研究方向。然而,粉煤灰白度低的特性限制了其在造纸行业中的应用。本论文采用碱熔水热改性法和碳化包覆法对粉煤灰的多层壳包覆,提高粉煤灰的白度性能,以实现粉煤灰在纸张中的加填应用。首先,分别从微观结构、物相分析和化学组分对这批粉煤灰的物理和化学特性进行相关的分析;采用高温除炭和酸性除铁对原始粉煤灰进行预处理研究。重点研究了不同温度下粉煤灰白度性能的变化、烧失量以及发生的相关化学反应;然后,根据Box-Benhnken设计原理,采用响应曲面法重点探讨并优化了HCl浓度、酸浸时间和反应温度对粉煤灰白度性能的影响。结果表明,温度在600℃时,粉煤灰里面的游离炭粒得到了有效的去除,其白度增加到38.27%ISO。因为当反应温度过高则会导致粉煤灰中的低价态含铁物质过多氧化,影响粉煤灰的白度性能。在此基础上,加入盐酸,去除粉煤灰中的大部分含铁物质,减少这些物质对后续改性实验...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
013-2017年中国粉煤灰的总产量Fig.1-1ThetotaloutputofflyashinChinafrom2013to2017
华南理工大学硕士学位论文2图1-2固废粉煤灰污染过程的示意图[4]Fig.1-2Schematicdiagramofsolidwasteflyashpollutionprocess20世纪20年代以来，许多国内外学者就开始致力粉煤灰资源化利用的研究，主要集中在建筑材料（如波特兰水泥、混凝土）[5-8]、污水处理[9-11]、矿物提取[12,13]、土壤改良[14,15]等领域，并取得了一定的突破，但在这些领域，仍存在粉煤灰利用率低、处理成本过高、附加值过低等一系列问题。据中国官方报道，粉煤灰的实际利用率已达67%，而根据绿色和平组织报道[4]：我国粉煤灰的利用率仅为30%，与国外的一些发达国家相比[16]，仍有比较大的差距。例如，在欧盟，粉煤灰的利用率已高达90%以上。无论怎样，仍存在大量的粉煤灰亟待解决处理。因此，我国急需为粉煤灰的资源化利用拓展新的途径，提高粉煤灰的利用率，以实现我国“无废城市”的建设和生态环境的可持续发展。1.2粉煤灰的物理和化学性质1.2.1粉煤灰的物理性质粉煤灰的颜色一般主要为黑色或者黑灰色，这主要是由于粉煤灰中含有大量未燃烧的炭粒所致。粉煤灰颗粒形状不大相同，粒径范围大，一般在0.5-300.0μm[17],容重范围为1.0-1.8g/mL[18]，密度大多为2.1-2.6g/mL[19]，粉煤灰在高温的过程中，由于煤粉表面张力的作用，大部分颗粒呈现微球状，表面极不均匀，微孔较少，凸凹不平，部分在熔融状态下相互碰撞形成表面粗糙，棱角有很多的蜂窝状粒子聚合态，故粉煤灰具有很
华南理工大学硕士学位论文10较高，结构紧密，具有潜在的火山灰性质。需要通过物理或化学激发，才能使粉煤灰具有活性，参与反应。粉煤灰中含量最多的化学组分为酸性氧化物，且粉煤灰浅层的玻璃相物质结构紧密，酸液难以进入。因此在碱性环境中才更容易激发粉煤灰的活性。玻璃相的化学键主要是以Si-O和Al-O键为主。基于前人的研究发现，这些化学键易受OH-的影响，Si-O-Al发生断裂，从而使玻璃体网络聚合体的聚合度下降，表面形成游离的不饱和活性键，易于与强碱发生化学反应。这些碱性的激发，致使粉煤灰表面部分物质溶出，从而粉煤灰的表面更加粗糙，改变粉煤灰表面的结构和性质。Holler等人[73]在1985年成功利用粉煤灰合成分子筛。人工合成的分子筛，由于晶体的结构等特点对外在的光线的入射和反射等产生改变，致使分子筛外在的颜色为白色，根据这一性质和特点，可为我们进一步提高粉煤灰的白度提供了很好的借鉴。粉煤灰合成分子筛，经过不断的发展，目前存在较为完善的分子筛合成工艺，如图1-3所示，其中主流的合成工艺研究工作将在下文阐释。图1-3分子筛合成的主要工艺流程及其改进工艺Fig.1-3Themaintechnologicalprocessofmolecularsievesynthesisanditsimprovedprocess（1-1）
【参考文献】：
期刊论文
[1]粉煤灰掺量对混凝土碳化特性的试验研究[J]. 陈琨. 江西建材. 2020(01)
[2]钛白粉白度影响因素分析[J]. 吴健春,路瑞芳,刘婵,王海波. 钢铁钒钛. 2020(01)
[3]粉煤灰对砂浆流变性和强度的影响研究[J]. 陈瑞军. 山东化工. 2019(24)
[4]利用粉煤灰制备沸石分子筛及对含铜废水的处理[J]. 马灵甲,张硌,高红莉,郭雷,胡军周,李洪涛. 硅酸盐通报. 2019(12)
[5]粉煤灰粒度对海工硅酸盐水泥性能影响[J]. 刘向阳,林永权,邓恺,李怀超,尹佳芝,张同生. 水泥. 2019(11)
[6]粉煤灰吸附处理Cd2+废水的动力学和热力学研究[J]. 乔洪涛,郑庆荣,于雄胜,白佳妮. 忻州师范学院学报. 2019(05)
[7]粉煤灰对碱式硫酸镁水泥性能的影响[J]. 罗轲嘉,庞瑞阳,刘潘潘. 青海交通科技. 2019(05)
[8]粉煤灰负载固体酸催化合成柠檬酸三丁酯的研究[J]. 路文娟,肖先举,郑中兰,杨静雯. 化工技术与开发. 2019(08)
[9]粉煤灰合成分子筛主要工艺的研究进展[J]. 杨丽韫,孟凡绪,袁鹏,钱晓明,李书武,白皓,李宏. 硅酸盐通报. 2019(03)
[10]矿物白度的影响因素与增白机理研究[J]. 汪灵,胡晓宙,王哲皓. 岩石学报. 2019(01)
硕士论文
[1]基于润湿性能调控的粉煤灰复合填料制备研究[D]. 朱高鹏.华南理工大学 2019
[2]基于非均匀成核调控的碳化修饰法制备粉煤灰基复合造纸填料[D]. 齐亚楠.华南理工大学 2018
[3]碳酸钙结晶式包覆改性粉煤灰的研究[D]. 王学琴.华南理工大学 2017
[4]煤基复混肥与不同肥料配施对复垦土壤性质及玉米产量的影响[D]. 孙腾飞.山西农业大学 2016
[5]以粉煤灰为原料合成微孔分子筛过程晶粒生长调控[D]. 徐婷婷.东北石油大学 2016
[6]粉煤灰填料的改性及其在造纸中的应用研究[D]. 王硕.华南理工大学 2016
[7]煤粉灰改性增白的研究[D]. 王命.华南理工大学 2015
[8]利用川南硫铁尾矿制备4A沸石的研究[D]. 王明珠.成都理工大学 2014
[9]粉煤灰合成沸石分子筛及其对铅离子的吸附性能研究[D]. 张徐宁.太原理工大学 2012
[10]粉煤灰和粉煤灰纤维在造纸中的应用研究[D]. 范玉敏.东北林业大学 2012
本文编号：3545125
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
013-2017年中国粉煤灰的总产量Fig.1-1ThetotaloutputofflyashinChinafrom2013to2017
华南理工大学硕士学位论文2图1-2固废粉煤灰污染过程的示意图[4]Fig.1-2Schematicdiagramofsolidwasteflyashpollutionprocess20世纪20年代以来，许多国内外学者就开始致力粉煤灰资源化利用的研究，主要集中在建筑材料（如波特兰水泥、混凝土）[5-8]、污水处理[9-11]、矿物提取[12,13]、土壤改良[14,15]等领域，并取得了一定的突破，但在这些领域，仍存在粉煤灰利用率低、处理成本过高、附加值过低等一系列问题。据中国官方报道，粉煤灰的实际利用率已达67%，而根据绿色和平组织报道[4]：我国粉煤灰的利用率仅为30%，与国外的一些发达国家相比[16]，仍有比较大的差距。例如，在欧盟，粉煤灰的利用率已高达90%以上。无论怎样，仍存在大量的粉煤灰亟待解决处理。因此，我国急需为粉煤灰的资源化利用拓展新的途径，提高粉煤灰的利用率，以实现我国“无废城市”的建设和生态环境的可持续发展。1.2粉煤灰的物理和化学性质1.2.1粉煤灰的物理性质粉煤灰的颜色一般主要为黑色或者黑灰色，这主要是由于粉煤灰中含有大量未燃烧的炭粒所致。粉煤灰颗粒形状不大相同，粒径范围大，一般在0.5-300.0μm[17],容重范围为1.0-1.8g/mL[18]，密度大多为2.1-2.6g/mL[19]，粉煤灰在高温的过程中，由于煤粉表面张力的作用，大部分颗粒呈现微球状，表面极不均匀，微孔较少，凸凹不平，部分在熔融状态下相互碰撞形成表面粗糙，棱角有很多的蜂窝状粒子聚合态，故粉煤灰具有很
华南理工大学硕士学位论文10较高，结构紧密，具有潜在的火山灰性质。需要通过物理或化学激发，才能使粉煤灰具有活性，参与反应。粉煤灰中含量最多的化学组分为酸性氧化物，且粉煤灰浅层的玻璃相物质结构紧密，酸液难以进入。因此在碱性环境中才更容易激发粉煤灰的活性。玻璃相的化学键主要是以Si-O和Al-O键为主。基于前人的研究发现，这些化学键易受OH-的影响，Si-O-Al发生断裂，从而使玻璃体网络聚合体的聚合度下降，表面形成游离的不饱和活性键，易于与强碱发生化学反应。这些碱性的激发，致使粉煤灰表面部分物质溶出，从而粉煤灰的表面更加粗糙，改变粉煤灰表面的结构和性质。Holler等人[73]在1985年成功利用粉煤灰合成分子筛。人工合成的分子筛，由于晶体的结构等特点对外在的光线的入射和反射等产生改变，致使分子筛外在的颜色为白色，根据这一性质和特点，可为我们进一步提高粉煤灰的白度提供了很好的借鉴。粉煤灰合成分子筛，经过不断的发展，目前存在较为完善的分子筛合成工艺，如图1-3所示，其中主流的合成工艺研究工作将在下文阐释。图1-3分子筛合成的主要工艺流程及其改进工艺Fig.1-3Themaintechnologicalprocessofmolecularsievesynthesisanditsimprovedprocess（1-1）
【参考文献】：
期刊论文
[1]粉煤灰掺量对混凝土碳化特性的试验研究[J]. 陈琨. 江西建材. 2020(01)
[2]钛白粉白度影响因素分析[J]. 吴健春,路瑞芳,刘婵,王海波. 钢铁钒钛. 2020(01)
[3]粉煤灰对砂浆流变性和强度的影响研究[J]. 陈瑞军. 山东化工. 2019(24)
[4]利用粉煤灰制备沸石分子筛及对含铜废水的处理[J]. 马灵甲,张硌,高红莉,郭雷,胡军周,李洪涛. 硅酸盐通报. 2019(12)
[5]粉煤灰粒度对海工硅酸盐水泥性能影响[J]. 刘向阳,林永权,邓恺,李怀超,尹佳芝,张同生. 水泥. 2019(11)
[6]粉煤灰吸附处理Cd2+废水的动力学和热力学研究[J]. 乔洪涛,郑庆荣,于雄胜,白佳妮. 忻州师范学院学报. 2019(05)
[7]粉煤灰对碱式硫酸镁水泥性能的影响[J]. 罗轲嘉,庞瑞阳,刘潘潘. 青海交通科技. 2019(05)
[8]粉煤灰负载固体酸催化合成柠檬酸三丁酯的研究[J]. 路文娟,肖先举,郑中兰,杨静雯. 化工技术与开发. 2019(08)
[9]粉煤灰合成分子筛主要工艺的研究进展[J]. 杨丽韫,孟凡绪,袁鹏,钱晓明,李书武,白皓,李宏. 硅酸盐通报. 2019(03)
[10]矿物白度的影响因素与增白机理研究[J]. 汪灵,胡晓宙,王哲皓. 岩石学报. 2019(01)
硕士论文
[1]基于润湿性能调控的粉煤灰复合填料制备研究[D]. 朱高鹏.华南理工大学 2019
[2]基于非均匀成核调控的碳化修饰法制备粉煤灰基复合造纸填料[D]. 齐亚楠.华南理工大学 2018
[3]碳酸钙结晶式包覆改性粉煤灰的研究[D]. 王学琴.华南理工大学 2017
[4]煤基复混肥与不同肥料配施对复垦土壤性质及玉米产量的影响[D]. 孙腾飞.山西农业大学 2016
[5]以粉煤灰为原料合成微孔分子筛过程晶粒生长调控[D]. 徐婷婷.东北石油大学 2016
[6]粉煤灰填料的改性及其在造纸中的应用研究[D]. 王硕.华南理工大学 2016
[7]煤粉灰改性增白的研究[D]. 王命.华南理工大学 2015
[8]利用川南硫铁尾矿制备4A沸石的研究[D]. 王明珠.成都理工大学 2014
[9]粉煤灰合成沸石分子筛及其对铅离子的吸附性能研究[D]. 张徐宁.太原理工大学 2012
[10]粉煤灰和粉煤灰纤维在造纸中的应用研究[D]. 范玉敏.东北林业大学 2012
本文编号：3545125
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3545125.html
