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煤矸石中硅铝元素的提取及其高值化利用

煤矸石中硅铝元素的提取及其高值化利用

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作者：谷婕内蒙古科技大学

学位级别：硕士

我国具有“富煤、贫油、少气”的能源结构基本特征,因此煤炭在国民能源消耗中占主导地位且这种情况在今后很长的时期里难以发生改变。然而,随着煤炭的开采,会产生大量的煤矸石。煤矸石的存在会对环境造成很多不良影响。但从煤矸石的现... 详细信息

我国具有“富煤、贫油、少气”的能源结构基本特征,因此煤炭在国民能源消耗中占主导地位且这种情况在今后很长的时期里难以发生改变。然而,随着煤炭的开采,会产生大量的煤矸石。煤矸石的存在会对环境造成很多不良影响。但从煤矸石的现阶段综合利用情况来看,当前呈现的主要问题是缺少煤矸石的高利用率与高附加值于一体的利用途径。在本论文中,我们以上述煤矸石作为原材料,通过碱熔活化、酸浸等方法将煤矸石中的有效成分进行提取并采用不同的制备工艺将其转化为多种高附加值的气凝胶材料。与此同时,也采用了多种表征检测手段对样品进行深入研究。具体研究内容如下:(1)通过实验研究提出了从煤矸石中提取硅、铝元素的工艺流程以及确定了煅烧时煤矸石和助剂NaCO两者之间的质量比以及反应温度和反应时间的最佳值,使煤矸石得到有效活化,获得的熟料可以在酸溶液中分解率达到最大值,为后期高效将硅铝元素以可溶性离子的形式提取出来做铺垫。(2)采用溶胶-凝胶工艺及超临界干燥法,将煅烧后的煤矸石熟料转化制备成纯净的Si O气凝胶粉末和Si O-AlO气凝胶粉末。研究了熟料分解过程中不同p H值、向熟料加入水的体积量对凝胶的影响以及凝胶的p H值对气凝胶样品性质的影响规律。(3)利用浸渍法制备出具有一定韧性及超高比表面积的Si O-AlO/琼脂糖复合气凝胶微球(SCABs)。探究不同浓度的硅铝溶胶及不同浓度的琼脂糖溶液对所制备出的SCABs的影响。并对其进行了扫描电镜、红外光谱、热重、保温隔热等表征分析。提出的制备SCABs的方法具有制备成本低,所用工艺简单,适合大规模工业生产的诸多优势。(4)提出利用二次凝胶法制备仿石榴结构复合气凝胶微球(CABs)的实验思路,并通过实验验证了该方法的可行性。将基于煤矸石制备出来的疏水性Si O气凝胶粉末与具有亲水基团的聚乙烯醇和琼脂糖通过二次凝胶法结合制备出CABs,这种材料具有特殊的浸润性(外部亲水且内部疏水),既保留了气凝胶纳米三维网状多孔结构,也解决了疏水气凝胶粉末与富水凝胶材料由于粘结强度低而难以复合使用的问题。除此之外,特殊的结构也带给这种复合材料极好的力学性能,为现代建筑外墙保温隔热提供了新的思路。

关键词：煤矸石硅铝提取复合气凝胶力学性能保温隔热性

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