（化学工程与技术专业论文）煤矸石制备蜂窝陶瓷载体及应用.pdf

中图分类号t q 5 3学科分类号 5 3 0 4 7 论文编号 1o o l0 2 0 1 1 0 0 6 8 密级内部事项 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名闰雷学号 2 0 0 8 0 0 0 0 6 8 获学位专业名称化学工程与技术获学位专业代码 0 8 1 7 固体废弃物高附加值利 课题来源国家自然基金研究方向 用 论文题目 煤矸石制备蜂窝陶瓷载体及应用 关键词煤矸石，蜂窝陶瓷，催化剂载体，z i f s 论文答辩日期 2 0 1 1 5 2 4论文类型 应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师 朱吉钦副教授北京化工大学化学工程 评阅人l刘辉教授 北京化工大学化学工程 评阅人2 雷志刚 教授北京化工大学化学工程 评阅人3 评阅人4 评阅人5 徽员会拂季生福教授北京化工大学 化学工程 答辩委员l季生福教授 北京化工大学化学工程 答辩委员2刘辉教授 北京化工大学化学工程 答辩委员3雷志刚教授北京化工大学化学工程 答辩委员4李英霞副教授北京化工大学化学工程 答辩委员5 黄崇品研究员北京化工大学 化学工程 征：一 四 论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 中图分类号在( 中国图书资料分类法查询。 学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中 查询。 论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 煤矸石制备蜂窝陶瓷载体及应用 摘要 煤矸石是煤炭生产的固体废弃物。大量的煤矸石不仅侵占大量土地， 同时还污染环境。本文以煤矸石为研究对象，开展了蜂窝陶瓷载体的制备 及应用的研究。 首先以实验研究和表征、测定相结合的方式，较为系统的考察了影响 蜂窝陶瓷的制备因素如：化学配比、添加剂的选择、辅料的选择、坯料制 备方法、蜂窝陶瓷的干燥成型与烧成方法等。对制备的蜂窝陶瓷载体进行 x r d 表征和s e m 表征，然后又对其进行了b e t 和收缩率等性能测定。 进而确定制备较优的制备煤矸石基蜂窝陶瓷载体的实验条件和制备工艺， 具体如下： 确定了以煤矸石，菱镁矿和滑石的质量配比为7 2 8 6 ：1 6 1 2 ：1 1 0 2 ， 如三种主要原料的质量总和按l o o 计，固体添加剂为氧化锆o 5 、田菁 粉2 和甲基纤维素3 的实验配方。若以1 0 0 9 粉料计，液体添加剂的加 入量分别为溶剂水2 5 9 、增塑剂甘油2 9 、润滑剂桐油1 9 。 采用加氯化铵进行除铁预煅烧的方法处理原料，然后原料经过陈腐 2 4 小时、真空炼泥1 0 。1 5 次和挤压成型制成坯体，最后坯体经过微波组 合干燥定型和阶段煅烧和冷却制成了合格的蜂窝陶瓷载体产品。 其次基于所制备的z i f 4 和z i f 7 ，采用单因素试验法并以x r d 表 征、s e m 表征和b e t 性能测定的方式，较为系统的考察了晶化时间、晶 i 化温度、干燥时间和加料顺序对于z i f 4 和z i f 7 制备的影响。最终确定 了制备较优的z i f 4 和z i f 7 产品的制备方法，具体如下： 制备z i f 4 的实验条件如下：咪唑与硝酸锌的物质的量比例为3 ：l ， 晶化温度1 3 0 ，晶化时间2 4 h ，干燥时间3 0 m i n ，加料顺序两者同时加 入d m f 。制备z i f 7 的实验条件如下：苯并咪唑与硝酸锌的物质的量比 例为l ：1 3 6 ，晶化温度1 0 0 ，晶化时间4 8 h ，干燥时间6 0 m i n ，加料顺 序两者同时加入d m f 。 最后还以制备的z i f 4 和蜂窝陶瓷载体为基础，探索了z i f 4 在蜂窝 陶瓷的原位合成研究。通过x r d 表征、s e m 表征和b e t 测定对合成的 复合蜂窝陶瓷的性能进行分析发现z i f 4 的引入能够提高蜂窝陶瓷的比 表面积，有望成为z i f 4 的成型方法之一。 关键词：煤矸石，蜂窝陶瓷，催化剂载体，z i f s i i a b s t r a c t p r e p a r a t i o na n da p p l i c a t l o no fc e r a mi c h o n e y c o m bc a r r i e rb yc o a lg a n g u e a b s t r a c t c o a lg a n g u ei sah n do fs o l i dw a s t ed u r i n gt h ec o a lp r o d u c t i o n t l l e a b u n d a n tg a n g u e sa r en o to n l yo c c u p y i n gm u c ho ft h el a n d ，b u ta l s oi n n u e n c e t h ee n v i r o n m e n tb a d l y t h e r e f o r e ，m a n u f a c t u r i n gc e r a m i ch o n e y c o m bb yc o a l g a n g u ew a ss m d i e di nt h ea r t i c l e ，i no r d e rt or e a l i z et h ec h a r a c t e r i s t i co f c e r a m i ch o n e y c o m bo fs u c hs u b s t a n c em e n t i o n e da b o v e f i r s t l y w ed ox r a yd i f 仵a c t i o n ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ，b e t c h a r a c t e r i z a t i o nt os y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t et h ef a c t o r sw h i c hm a i n l ya a e c t t h ep e 响m a n c eo fc e r a m i ch o n e y c o m bc a 而e r s u c ha sc h e m i c a lr a t i o ， a d d i t i v e ss e l e c t i o n ，a u x i l i a 巧m a t e n a ls e l e c t i o n ，p r 印a r a t i o nm e t h o d s ，m o l d i n g a n df i n n gm e t h o d so ft h eh o n e y c o m bc e r a m i c sb i l l e t t h e nw eg e tap r o p e rw a yt om a k et h eh o n e y c o m bc e r a m i c s t h e p r o p o r t i o no fc o a lg a n g u e ，m a g n e s i t ea n dt a l ci s7 2 8 6 ：16 12 ：1 1 0 2 w ea l s o u s ez i r c o n i ao 5 ，t i a nj i n gp o w d e r2 a n dm e t h y lc e l l u l o s e3 a sa d d i t i v e s t h e nw ea d d5 9w a t e r ，2 9g l y c e r i na n d1gt u n g o i li n t olo o gp o w d e ra s l i q u i da d d i t i v e s 北京化工人学硕j ：学位论文 r a wm a t e r i a l sw e r ec a l c i n e db e f o r e h a n d a r e rt h a t w es t a l e da n d r e f i n e dt h em u d t h e n ，w es q u e e z e di to u tb yt h ee x t m s i o nm a c h i n e w r el e t t h ec e r a m i ch o n e y c o m bc a h i e rb ed e s i c c a t i v eb yt h em i c r o w a v ea n dd r y i n g o v e n f i n a l l y ，w ec a ng e tt h ec a r r i e ra r e rb u m i n g w - ea l s oi n v e s t i g a t e d 1 1 煤矸石简介1 1 1 1 煤矸石现状l 1 1 2 煤矸石利用2 1 2 堇青石简介2 1 2 1 堇青石的合成历史2 1 2 2 堇青石合成方法3 1 2 3 合成堇青石的原料4 1 2 4 堇青石特点4 1 3 莫来石简介5 1 3 1 莫来石的特点5 1 3 2 莫来石的应用5 1 3 3 莫来石的合成原料6 1 3 4 莫来石的合成方法6 1 3 5 影响莫来石的合成因素6 1 4 堇青石莫来石复合蜂窝陶瓷的应用7 1 4 1 陶瓷催化剂载体应用7 1 4 2 用于气体分离载体的应用7 1 4 3 填料应用8 1 4 4 耐火材料应用8 1 5 影响煤矸石基蜂窝陶瓷性能的因素8 1 5 1 化学配比的影响9 1 5 2 原料的影响9 1 5 3 添加剂的影响1o 1 5 4 杂质影响1 1 1 5 5 煅烧工艺影响1 1 1 5 6 保温时间影响1 2 1 5 7 后处理影响1 3 1 6z i f 化合物简介：1 3 1 6 1 概述13 v 北京化t 大学硕十学位论文 1 6 2z i f 化合物的历史1 3 1 6 3z i f 化合物的特点1 4 1 7 国内外研究的现状1 5 1 8z i f 化合物的应用16 1 8 1 制备新型催化剂1 6 1 8 2 制备气体吸附分离材料。1 6 1 9 课题目的和意义1 7 1 9 1 本论文研究的目的和意义1 7 1 9 2 本论文的内容设计1 8 第二章实验部分19 2 1 实验设备及原料1 9 2 1 1 制备煤矸石基蜂窝陶瓷的仪器和原料1 9 2 1 2 制备z i f 4 和z i f 7 的仪器和原料19 2 2 煤矸石基催化剂载体的制备2 0 2 2 1 煤矸石的组成及元素分析2 0 2 2 2 辅料的选择2 l 2 2 3 添加剂的选择一2 2 2 2 4 实验配方2 2 2 2 5 煤矸石基催化剂载体的工艺流程2 3 2 2 6 煤矸石基催化剂载体坯料的制备2 3 2 2 7 煤矸石基催化剂载体的成型及烧成一2 5 2 3z i f 4 的制备2 6 2 4z i f 一7 的制备2 6 第三章煤矸石基蜂窝陶瓷催化剂载体的影响因素和性能评价2 7 3 1 催化剂载体的微观结构测定及性能测定的方法2 7 3 1 1x r d 分析2 7 3 1 2 收缩率测定2 9 3 1 3b e t 表征2 9 3 1 4s e m 表征2 9 3 2 含液量及液体配方对坯料可塑性的影响3 2 3 3 陈腐时间对坯体性能的影响3 3 v i 目录 3 4 干燥过程对坯体性能的影响3 4 3 5 煅烧过程对坯体性能的影响3 5 3 6 本章小结3 6 第四章z i f 4 和z i f 7 影响因素3 9 4 1z i f 化合物的表征3 9 4 1 1z i f 4 的x r d 分析。3 9 4 1 2z i f 7 的t d 分析4 0 4 2 不同因素对z i f 化合物的影响4 0 4 2 1 晶化时间对z i f 化合物的影响。4 0 4 2 2 晶化温度对z i f 化合物的影响4 5 4 2 3 干燥时间对z i f 化合物的影响4 9 4 2 4 加料顺序对z i f 化合物的影响5 3 4 3 本章小结5 5 第五章z i f 4 在蜂窝陶瓷上的原位合成5 7 5 1 实验部分5 7 5 1 1 实验装置及原料5 7 5 1 2 实验步骤5 7 5 2 复合蜂窝陶瓷性能测定5 8 5 2 1b e t 分析5 8 5 2 2x r d 分析6 0 5 2 3s e m 分析6 1 5 2 4 复合蜂窝陶瓷的z i f 4 负载量测定6 l 5 3 本章小结6 3 第六章结论6 6 参考文献6 7 致谢7 1 研究成果及发表的学术论文7 2 v i i 北京化t 大学硕一 j 学位论文 作者和导师简介7 3 v i i i c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n l 1 11 1 1 仃o d u c t i o no f c o a lg a j l g u e 。l 1 1 1s i t l l a t i o no f c o a lg a n g u e 1 1 1 2u t i l i z a t i o no fc o a lg a l l g u e 。l 1 2i i l t l o d u c t i o no f c o r d i e r i t e 2 1 2 1s 洲h e s i sh i s t o 巧o fc o r d i 甜t e 2 1 2 2s y l l t h e s i sm e t h o d so fc o r d i e r i t e 3 1 2 - 3s y l l t h e s i sm a t e r i a l so fc o r d i 耐t e 4 l 。2 3c h a r a c t e r i s t i c so fc o r d i e r i t e 4 1 3i n t i - 0 d u c t i o no f m u l l i t e 5 1 3 1c h a r a c t e r i s t i c so f m u l l i t e 5 1 3 2a p p l i c a t i o no f m u l l i t e 5 1 3 3s v n m e s i sm a t 耐a l so f m u l l i t e 6 1 3 4s y n t h e s i sm c t h o d so f m u l l i t e 6 1 3 5s y n t h e t i cf a c t o r so fm u l l i t e 6 1 4a p p l i c a t i o no f c o m p o s i t ec e r a m i ch o n e y c o l n b 7 1 4 1a p p l i c a t i o no fc e r 锄i cc a t a l y s tc 枷e r 7 1 4 2a p p l i c a t i o no fg 嬲s 印a r a t i o nc a r r i e r 。8 1 4 3a p p l i c a t i o no fp a c k i n gn l a t 鲥a l s 8 1 4 4a p p l i c a t i o no f h e a ts t o r a g e 8 1 5i n f l u e n c ef a c t o r so f c e r 姗i ch o n e y c o m bp r o p e n i e s 8 1 5 1i i l n u e n c eo fc h 锄i c a lp r o p o r t i o n 9 1 5 2i n n u e n c e0 f m a t e r i a l s 9 1 5 3i n n u e n c eo fa d d i t i v e s 1o 1 5 4i n n u e n c eo fi m p u r i t i e s l1 1 5 5i n f l u c i l c eo f c a l c i n a t i o np r o c e s s 1 2 1 5 6i l l n u e n c eo f h o l d i n gt i m e 1 3 1 5 71 1 1 n u e n c eo fp o s t p r o c e s s i n g 13 1 6i l 咖o d u c t i o no f z i fc o m p o u n d s 1 3 i x 北京化工人学硕士学位论文 1 6 1h l t i o d u c t i o n 1 3 1 6 2h i s t o wo f z i fc o m p o u n d s 1 4 1 6 3c h a r a c t e r i s t i c so f z i fc o m p o u n d s 1 4 1 7d o m e s t i ca i l da b r o a dr e s e a r c ho f z i fc o m p o u n d s l5 1 8a p p l i c a t i o no fz i fc o m p o u n d s 16 1 8 1p r 印a r a t i o no f n e wc a t a l y s t s 1 6 1 8 2p r e p a r a t i o no fg a ss 印a r a t i o nc 枷c r 一l6 1 9t h ep u i p o s e 锄dc o n t e r l to f t l l i ss t u d y l7 1 9 1p u r p o s ea n ds i 鲥f i c 锄c eo f t h i ss t u d y 。1 7 1 9 2c o n t e n t so f t l l i ss t u d v 1 8 c h a p t e r 2t e s t so fe x p e r i m e n t s 19 2 1e x p e 订m e n t a la p p a r a t l l sa r l dm a t e r i a l s 19 2 1 1e x p 甜m e l l t a l 印p 栅sa i l dm a t 甜a l sf o rc e r a m i c l9 2 1 2e x p 耐m e n t a l 印p a r a ：t u sa n dm a t 舐a l sf o rz i fc o m p o l l i l d s 。19 2 2p r 印龇a t i o no fc a t a l y s tc 删e r 2 0 2 2 1c o m p o s i t i o na i l de l e m c l l t a la n a l y s i so fc o a lg a n g u e 2 0 2 2 2a c c e s s o r i e ss e l e c t i o n 。2l 2 2 3 a d d i t i v e ss e l e c t i o n 2 2 2 2 4e x d e r i m e n t a lf o 姗u l a 2 2 2 2 5t e c h l l i c a lp r o c e s so fc a t a l y s tc a r r i e r 2 3 2 2 6p r e p a r a t i o no fc a t a l y s tc 枷e rb i l l e t 2 3 2 3p r 印嬲i t i o no fz 1 f 一4 2 6 2 4p r 印删i o no f z i f - 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