【《粉煤灰除氟研究国内外文献综述》2700字】

粉煤灰除氟研究国内外文献综述1.1粉煤灰组成性质燃煤发电厂粉煤燃烧后的固体产物主要粉煤灰，粉煤灰又主要分为飞灰和底灰，飞灰密度较小，其产生量约占75%左右；底灰密度较大，占比较小。粉煤灰无机组分主要有玻璃微珠（漂珠、沉珠）、磁铁微珠、不定形颗粒、碎屑石英和莫来石，有机组分主要包括未燃尽炭和未变化或变化不明显的煤粒两大类（石建萍，2017）。各组成部分性质见表1-3（边炳鑫，1997）。表1-3粉煤灰中各物质物理性质组成成分显微结构类型粒径（μm）密级（kg/m3）光泽导电阻颜色漂珠空心球壳结构1-300400-750玻璃光泽绝缘好白色沉珠显微圆珠结构<451100-2800玻璃光泽绝缘好白色磁珠显微圆珠结构<753100-4200半金属光泽导体黑褐色不规则颗粒海绵状结构30-300160玻璃光泽绝缘好杂色碳粒碎屑状结构40-3001600-1700-导体黑色粉煤灰中漂珠、沉珠和磁珠含有的化学成分大致相同，具体含量有所差别（表1-4），其中漂珠因此良好的空心玻璃体结构而具有更高的研究价值。粉煤灰漂珠是玻璃微珠中的一种，因其密度较小可以漂浮在水面而得名，它的表面形貌特征和具有的内部微孔结构使之成为较为理想的新型固废材料，目前作为吸附除氟剂的改性基材受到研究者的关注。表1-4某电厂粉煤灰中化学成分表名称SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO烧失量挥发份灰份固定碳漂珠57.2019.5210.866.311.281.11---沉珠53.7018.958.548.341.223.803.1396.060.81磁珠23.4010.6261.372.101.32-0.32100.00-粉煤灰化学成分主要包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO等，其中SiO2的含量通常为50%~60%，Al2O3的含量为10~20%，Fe2O3、CaO、TiO2、MgO的含量则都小于10%。SiO2化学性质比较稳定，不跟水反应，是酸性氧化物（CaiHetal.,2016）。但二氧化硅可以与某些金属物质在一定条件下形成网状结构，这有利于阴离子与金属阳离子更好的结合（林锦，2018）。Al2O3、Fe2O3的表面功能团含有羟基，可通过质子化作用使得表面带正电，从而增强对F-的吸附作用。（BlissettRSetal.,2012）。此外，F-外层电子构型为2S22P5，在溶液中易与具有空轨道的氧化铁表面羟基进行配体交换作用（杨小洪，2009）。粉煤灰中的Ca2+与F-反应生成CaF2沉淀从而达到除氟目的。研究报道Ca2+对水中F-的去除效果比较好，但是生成的CaF2在18℃的水中溶解度为16.3mg/L，换算F-浓度为7.9mg/L，大于此浓度的CaF2会形成沉淀物（高海生，2014）。TiO2吸附F-归因于其表面丰富的羟基基团，羟基基团可以与F-发生静电吸附作用。研究表明，TiO2趋向于单分子层吸附，当有效吸附位点被F-完全占据后，吸附过程出现了动态平衡（付娆，2020）。MgO对F-吸附过程主要是通过材料表面存在的OH-和F-交换来完成（韦慧颖，2015）。本文实验以粉煤灰漂珠为基材，制成粒径为1~3mm、3~5mm、5~8mm的FAB，并以此作为改性材料研究。1.2粉煤灰改性方法粉煤灰可以通过改性改变形貌结构和元素形态从而提高对F-的吸附能力，改性方法主要有研磨法、高温焙烧法、碱改性法、酸改性法等。（1）研磨法研磨法主要是减小粉煤灰的粒径，研磨后较大的玻璃体破碎，珠体表面薄壁玻璃体被破坏，暴露出内部孔隙通道，出现不饱和键和带电的结构单元，使颗粒结构变得不稳定，提供更多地活性点位，进而增加其表面的吸附能力。（2）高温焙烧法在焙烧过程中，控制温度可以改变粉煤灰吸附性能。研究表明，当温度在100℃~200℃时，吸附容量随着温度的升高急剧增加，这是因为粉煤灰表面的水分被蒸出，吸附能力变强；温度为200~650℃，粉煤灰吸附容量随着温度的上升而增加，是因为粉煤灰的孔道随着温度的上升而增多，当温度高于650℃时，出现孔道坍陷或堵死，并且高温时粉煤灰中的活性成分被烧结，从而粉煤灰的吸附能力下降（Ezzeddineetal.,2015）。（3）碱改性法表面碱改性主要通过NaOH、Ca(OH)2等强还原剂处理粉煤灰，还原其表面的含氧官能团，增强阴离子吸附能力。一方面，粉煤表面的薄壁玻璃结构在强碱环境下破裂，暴露出更多活性位点，释放活性组分，另一方面，粉煤灰空间结构会发生改变，生成具有空间网络结构硅酸钙和硅酸铝钙，提供了负载位点（SaikiaRetal.,2017）。（4）酸改性法研究表明，将粉煤灰加入酸中活化改性后其表面会被酸腐蚀而变得凹凸不平，进而使得其独特的表面玻璃结构遭到破坏，材料本身的Al-Si结构也会发生变化（MartynaGrzegorzeketal.,2018）。这些变化会使粉煤灰比表面积变大，暴露出更多的内部通道，扩大孔隙体积，从而提高了粉煤灰的吸附容量。但如果在改性过程中酸浓度过大或者浸泡时间过长会使得腐蚀作用过强导致材料内部孔隙坍塌造成堵塞不利用离子的扩散吸附，另一方面会使得粉煤灰中Fe、Al等金属元素溶出率变大，减小金属阳离子对F-的吸附作用从而导致故吸附性能反而降低。参考文献边炳鑫,宋志伟,艾淑艳.1997.粉煤灰空心微珠的特性及综合利用研究[J].煤炭加工与综合利用,(03):41-43.卞伟,李井峰,顾大钊,郭强,吕嘉峰,齐继.2021.西部矿区高矿化度矿井水膜蒸馏处理技术[J].煤炭科学技术:1-7[2021-01-08].曹庆一,任文颖,陈思瑶,杨柳.2020.煤矿矿井水处理技术与利用现状[J].能源与保,42(03):100-104.程浩铭,张翠玲,任昊晔,陈慧.2018.化学沉淀法处理高氟废水的工艺条件优化[J].兰州交通大学学报,37(05):80-84.杜松,吴宝杨,方惠明.2020.煤矿奥灰水处理及资源化研究——以淮南潘二煤矿为例[J].中国煤炭地质,32(08):52-56.范建伟,张杰.2006.钙盐-电凝聚法处理含氟工业废水[J].工业用水与废水,(01):48-51.付娆,张文龙,冯江涛,延卫.2020.锐钛矿型二氧化钛的低温合成及其吸附除氟性能的研究[J].环境工程，38(02):70-76.高海生.2014.化学沉淀法处理含氟废水的研究[D].太原理工大学.高亮.2007.我国煤矿矿井水处理技术现状及其发展趋势[J].煤炭科学技术,(09):1-5.顾大钊.2015.煤矿地下水库理论框架和技术体系[J].煤炭学报,40(02):239-246.顾大钊,颜永国,张勇,王恩志,曹志国.2016.煤矿地下水库煤柱动力响应与稳定性分析[J].煤炭学报,41(07):1589-1597.顾大钊.2017.探索煤炭与水资源协调开发新道路[N].中国国土资源报,2017-05-20(005).韩建勋,贺爱国.2004.含氟废水处理方法[J].有机氟工业,(03):27-36.韩晓峰.2015.改性活性氧化铝去除饮用水中氟化物的效能研究[D].太原理工大学.何绪文,贾建丽著.2009.矿井水处理及资源化的理论与实践[M].北京:煤炭工业出版社.何绪文,李福勤.2010.煤矿矿井水处理新技术及发展趋势[J].煤炭科学技术,38(11):17-22+52.胡新华,顾良波.2019.某矿井水微量氟化物处理技术[J].山西化工,(06):159-160.胡勇有,赵建夫,陈兰英.1998.电凝聚法去除地热水中氟的应用试验[J].环境污染与防治,(02):18-20.蒋为,杨仁斌,桂腾杰,李恒.2009.消石灰处理含氟废水试验研究[J].湖南农业科学,(04):79-81.焦志彬.2012.含氟矿井水处理研究[J].山西焦煤科技,36(05):30-33.李晓.2020.潞安某矿矿井水除氟工艺探讨[J].资源节约与环保,(07):181-182.李亭亭,李亚峰.2009.饮用水除氟技术的现状及进展[J].辽宁化工,38(07):472-474.刘晶.2011.新型深度除氟改性树脂的制备、表征及特性研究[D].南京大学.刘苗,李萍.2011.海水淡化反渗透膜技术的技术分析与应用[J].资源环境与发展,12(01):8-10.陆琪.2017.新型除氟吸附材料研制及应用研究[D].清华大学.罗婷.2020.某矿井