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多孔陶瓷不仅具备了陶瓷制品的优异性能,而且其本身还具有大的孔隙率和比表面积,以及性质稳定等优良特性,这些优良的特性使多孔陶瓷材料在社会生活中得到重用。本文利用粉煤灰和内蒙古特色作物沙柳枝条为主要原料制备多孔陶瓷吸附剂,为内蒙古特色林业资源和粉煤灰的利用提供新的研究领域,也为多孔吸附材料的开发提供新的途径。 通过EDS和XRD表征手段对本地区煤化工企业产生的粉煤灰试样进行分析,结果表明:试验基材粉煤灰残渣的化学组分主要为硅铝化合物,符合制备多孔陶瓷的原料成分。结合内蒙古地区实际情况,将沙柳平茬得到的枝条绞碎并磨成粉末,作为本试验粉煤灰基多孔陶瓷材料制备过程中的造孔剂,通过TG-DSC分析添加剂的热分解过程,制定了烧制多孔陶瓷的升温制度,探究成型压力、造孔剂添加量、保温时间对孔隙率的影响,通过响应面法优化实验得到较优的制备工艺参数。 将所烧成的多孔陶瓷试样用作吸附Pb2+的试验,通过探究Pb2+溶液的初始浓度、溶液的 pH、吸附时间以及吸附温度对吸附量的影响,再次利用响应面法优化吸附实验,得到较优的吸附工艺参数。以HNO3溶液浓度、脱附时间和脱附温度为影响因素,探究粉煤灰基多孔陶瓷对Pb2+吸附的重复利用率。通过扫描电子显微镜和孔隙比表面分析仪,分析其形貌结构、比表面积及孔隙分布情况。 本文的研究成果如下: 1.利用本地区煤化工企业产生的粉煤灰固体废弃为实验基材,结合传统多孔陶瓷的制备方法,以本地区物种沙柳(沙柳木粉)作为造孔剂,添加一定量的粘结剂和烧结助剂,在一定条件下经过压制、陈化及烧制得到最终试样。借助试样的显气孔率作为响应值,通过响应面优化法,得到较优的制备工艺参数。结果表明,在成型压力10 MPa、保温时间2h、造孔剂添加量为15wt%时,制品的显气孔率为34.23%,通过扫描电子显微镜图,可以看到试样表面呈凹凸不平絮状无规则状态、疏松多孔。 2.将最优工艺条件下制备得到的粉煤灰基多孔陶瓷材料用作吸附 Pb2+的试验,通过研究Pb2+初始浓度、溶液pH、吸附温度、吸附时间对吸附量的影响,在单因素试验的基础上,通过响应面法优化吸附工艺,结果表明,当Pb2+溶液浓度为0.03mol/L、溶液pH值为5.5、吸附时间为80 min、吸附温度为30℃时吸附量最大可达334.24 mg/g,既经济又环保,技术上可行。 3.脱附实验探究多孔材料的重复利用性,通过探究 HNO3溶液浓度、脱附时间和脱附温度对脱附率的影响,结果表明当 HNO3溶液浓度为0.05mol/L,脱附时间为25 min,脱附温度为30℃时,脱附率可达91%。 4.通过比表面分析仪来探究多孔材料的吸附机理,结果表明,该多孔材料的吸附、脱附等温线符合Ⅲ型等温线,该类型的等温吸附较为少见,并且吸附剂与吸附质二者间的作用力是很弱的,在吸附剂表面没有形成完整的单分子层情况下,在局部已经形成多分子层吸附。按照较优制备工艺得到的粉煤灰基多孔陶瓷试样的 BET比表面为8.64m2/g,通过 BJH孔径分布图表明该多孔材料大部分孔的孔径分布在2nm-50nm之间,说明该材料为中孔材。