孟桂花，吳建寧，魏 忠，王緒根

(1新疆兵團化工綠色過程重點實驗室－省部共建國家重點實驗室培育基地，新疆石河子832003;2石河子大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆石河子832003)

粉煤灰指燃煤電廠從煙道氣體中收集的細灰，主要成分是 SiO2、Al2O3、Fe2O3和少量的 MgO、Na2O、K2O等，隨著工業(yè)的發(fā)展，粉煤灰的排放量越來越大，如果處置不當(dāng)會對環(huán)境造成危害［1－6］。

本論文以新疆石河子天業(yè)集團熱電廠粉煤灰為原材料，利用超聲－微波法合成分子篩，應(yīng)用于污染廢水中重金屬離子的吸附，重點研究介孔分子篩對污染廢水中Cu2+、Cr6+等重金屬離子的吸附，為廢水處理提供理論和實驗依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 原材料及儀器

原材料:粉煤灰，新疆石河子天業(yè)集團熱電廠(主要成分為:SiO2:35%，Al2O3:24%，Na:4.5%，Ca:12.6%等)，無水碳酸鈉、濃鹽酸、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、雙氧水均為分析純。

儀器:集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，AVATAR360紅外光譜儀;NN-MX25WF型微波反應(yīng)器。

1.2 實驗內(nèi)容

1.2.1 粉煤灰的預(yù)處理

將一定量的粉煤灰與無水碳酸鈉分別過300目篩，按照質(zhì)量比為2∶3混合均勻，850℃下焙燒2.5h，冷卻，以質(zhì)量比為1∶4的比例與2mol/L的鹽酸混合，滴加少許雙氧水，80℃下恒溫1h，調(diào)節(jié)pH值至中性，抽濾，干燥，備用。

1.2.2 介孔分子篩的合成

稱取一定量預(yù)處理后的粉煤灰，按照n(SiO2)∶n(CTAB)∶n(H2O)=1 ∶0.15 ∶100 比例混合［7－8］，調(diào)節(jié)pH值，放入超聲儀中陳化一定時間，移入微波爐內(nèi)晶化一定時間，抽濾，干燥，放入SXT－4－14－4箱式梯度爐中由室溫程序升溫至550℃燒結(jié)除去模板劑［9－12］，得到產(chǎn)品。

1.2.3 分析方法

用原子吸收分光光度法(AAS)測吸附后水樣中 Cu2+、Cr6+濃度。

去除率計算公式如下:

式中:C0—金屬離子的初始濃度，mg/L;Ce—取樣時金屬離子吸附平衡濃度，mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對介孔分子篩合成的影響

由圖1可知，樣品對Cu2+和Cr6+的去除率隨著溶液pH值的增大呈先上升然后略有下降的趨勢，當(dāng)pH值在11左右的時候，Cu2+和Cr6+的去除率達到最大。

圖1 溶液pH值對Cu2+和Cr6+的去除率的影響Fig.1 Effect on removal rate(Cu2+and Cr6+)with pH

2.2 超聲陳化時間對介孔分子篩合成的影響

由圖2可知，合成介孔分子篩樣品對Cu2+和Cr6+的去除率隨著超聲陳化時間的的延長呈先上升然后略有下降，再逐漸趨于平緩，超聲陳化時間在90min的時候，Cu2+和Cr6+的去除率達到最大。

圖2 超聲陳化時間對Cu2+和Cr6+的去除率的影響Fig.2 Effect on removal rate(Cu2+and Cr6+)with ultrasonic time

2.3 微波時間對介孔分子篩合成的影響

由圖3可知，合成介孔分子篩樣品對Cu2+和Cr6+的去除率隨著微波晶化時間的的延長呈先上升然后逐漸趨于平緩，當(dāng)微波晶化時間在10min～15min的時候，Cu2+和Cr6+的去除率達到最大。

圖3 微波時間對Cu2+和Cr6+的去除率的影響Fig.3 Effect on removal rate(Cu2+and Cr6+)with microwave time

綜上所述，當(dāng)溶液pH值調(diào)節(jié)至11，控制超聲陳化時間在90min和微波晶化時間在10min～15min時，合成介孔分子篩樣品對Cu2+和Cr6+的去除率可達到92%以上。

2.4 產(chǎn)品的X衍射分析

由圖4可知:在2θ為21°和35°處出現(xiàn)兩個較強衍射峰，且峰面積比較對稱，說明樣品結(jié)晶度較高，和典型的介孔分子篩圖譜較一致。

圖4 樣品的XRD圖Fig.4 XRD for the sample

2.5 產(chǎn)品掃描電鏡分析

由圖5可知，合成的產(chǎn)品為顆粒度非常細小的片狀微晶聚集而成，晶型較好而且粒度均勻。

圖5 產(chǎn)品的掃描電鏡圖Fig.5 SEM image of product

3 結(jié)論

通過新疆天業(yè)集團熱電廠廢棄物粉煤灰為原料采用微波超聲法合成出了介孔分子篩，研究了用合成的介孔分子篩樣品吸附處理廢水中常見的重金屬離子Cu2+和Cr6+。得到粉煤灰預(yù)處理工藝∶以堿灰比為3∶2混合，高溫焙燒和水浴酸溶的方法除去雜質(zhì)，通過微波超聲法來合成介孔分子篩，得到:溶液pH值為11，超聲陳化時間為90min和微波晶化時間為10min時，合成的介孔分子篩樣品對Cu2+和Cr6+的去除率可達到92%以上。

［1］徐國想，范麗花，等.粉煤灰分子篩合成及應(yīng)用研究 ［J］.化工礦物與加工，2006，35(9):32－34.

［2］代紅艷.粉煤灰制作沸石分子篩及再生的研究［D］.太原理工大學(xué)，2009.

［3］劉艷.粉煤灰合成分子篩的研究［D］.濟南:山東輕工業(yè)學(xué)院，2008:26－30.

［4］王春峰.利用粉煤灰合成沸石技術(shù)與吸附性能研究［D］.南京理工大學(xué)，2009.

［5］王永紅，王增長，石澤華.粉煤灰合成分子篩的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀 ［J］.山西建筑，2007，33(11):177－178.

［6］魏志恒，金蘭淑，曹衛(wèi)星.粉煤灰合成4A分子篩最佳工藝條件的研究［J］.中國資源綜合利用，2007(5):9 －11，25.

［7］徐如人，龐文琴，于吉紅，等.分子篩與多孔材料化學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2004.

［8］孟桂花，王緒根，郭海，等.微波法合成MCM－41介孔分子篩及吸附性能研究［J］.當(dāng)代化工，2011，40(4):344 －346.

［9］覃紅麗，李湘祁，曾國坪，等.Y-MCM－41介孔分子篩的微波合成與表征［J］.福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005，33(2).

［10］羅勇，盧冠忠，黃家禎，等.MCM－41中孔分子篩的水熱穩(wěn)定性［J］.華東理工大學(xué)學(xué)報，2003，29(1).

［11］劉雷，張高勇，董晉湘.模板劑對全硅MCM－41介孔分子篩結(jié)構(gòu)的影響［J］.物理化學(xué)學(xué)報，2004，20(1):65 －69.

［12］李華蘭，王樹國，李金林.模板劑對合成中孔分子篩MCM－48的影響［J］.中南民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006，25(2):1 －3.