Evaluation of zeolites synthesized from fly ash as potential adsorbents for wastewater containing heavy metals

Both pure-form zeolites (zeolites A and X) were synthesized by applying a two-stage method during hydrothermal treatment of fly ash prepared initial gel. The difference of adsorption capacity of both fly ash-synthesized zeolits was assessed under the same adsorption conditions. Copper and zinc were chosen as target heavy metal ions. It was found that adsorption capacity of zeolite A showed much higher value than that of zeolite X. Thus, attention was focused on investigating the removal performance of heavy metal ions in aqueous solution on the synthetic pure-form zeolite A from fly ash, zeolite HS (hydroxyl-solidate) prepared from the residual fly ash (after synthesis of pure-form zeolite A from fly ash) and a commercial grade zeolite A. Batch method was employed to study the influential parameters such as initial pH value, adsorbents dosage and adsorption temperature on the adsorption process. The equilibrium data were well fitted by the Langmuir model and showed the affinity: Cu2+ > Zn2+ (adsorbent FA-ZA). The removal mechanism of metal ions followed adsorption and ion exchange processes. Attempts were also made to recover heavy metal ions and regenerate adsorbents (adsorbent FA-ZA).     

粉煤灰用于碳捕集、利用及封存的研究进展

总结了国内外粉煤灰用于CO₂捕集、利用和封存的不同技术研究进展,同时对今后的研究和机遇进行了展望.粉煤灰自身可通过直接干式、半干式、湿式和间接方法对CO₂进行矿化捕集封存,在CO₂矿化的同时降低粉煤灰自身重金属的浸出,并且矿化后的粉煤灰因有效降低游离CaO和MgO的含量而更适合于制作混凝土添加剂.粉煤灰也可制成活性炭、沸石和多孔二氧化硅等产品,并对CO₂进行物理吸附捕集,制成产品的类型主要取决于粉煤灰自身的成分组成和理化性质.在CO₂利用方面,粉煤灰除了可拓展建材的利用途径外,还可制作CO₂多种化学工艺所需催化剂或催化剂载体,以及制作新型材料拟薄水铝石等.我国“双碳”目标的提出及燃煤电厂粉煤灰自身的理化特性为粉煤灰提供了一条新的综合利用途径.     

粉煤灰利用研究现状及其在环境保护中的应用

在参阅文献的基础上，分析了粉煤灰的性质和研究现状，结果表明，粉煤灰的主要利用渠道仍然是水泥行业，同时指出，以环境保护为导向环保型产品高附加值产品的托贝莫来石、沸石和多孔陶瓷型产品的开发将成为未来粉煤灰利用的主导产品。     

利用粉煤灰合成沸石处理重金属污水研究

本研究中利用粉煤灰合成沸石对含有Cu^2 、Pb^2 、Cd^2 的制备水样进行批处理振荡实验，其吸附容量分别为9．56、0．89和0．25mg／l。实验证明，用合成沸石处理含重金属离子污水达到平衡所需的时间约为3h。对污水中重金属离子的去除率随pH值降低而降低，随沸石用量增加而增加。同等条件下，利用粉煤灰处理含Cu^2 的污水，其吸附容量仅为6．49mg／l，低于合成沸石。     

煅烧对粉煤灰合成4A沸石的作用

研究了煅烧对粉煤灰合成4A沸石除炭(有机物)增白和活化的两个作用,试验确定了粉煤灰最佳的锻烧条件:温度为850℃,时间为2h。在此条件下煅烧,通过XRD、SEM分折和白度测定,结果显示:破坏了粉煤灰中的晶相结构和溶解了玻璃体,白度达到了63。     

黔西南煤燃烧产物微量元素分布特征及富集规律研究

通过对黔西南高砷煤及燃烧产物(底灰、粗飞灰、细飞灰和烟气)中微量元素含量、水溶性及赋存状态的测定,分析了微量元素在燃煤产物中的分布特征及富集规律,探讨了燃煤过程中微量元素迁移转化机制.结果表明,As和Sb是黔西南高砷煤的主要危害元素,含量分别为(256±195)μg.g-1和(26±21)μg.g-1.根据元素在燃煤产物中富集程度的差异,将其分为4类:Ⅰ底灰富集型(Cr和W);Ⅱ均匀富集型(Cu和Ba);Ⅲ飞灰富集型(Mn和Mo);Ⅳ细飞灰超富集型(As、Cd、Sb和Pb).As的挥发性强于Sb和Pb.As在细飞灰上表现出强烈的富集;而Sb和Pb在原煤和燃烧产物中的分配具有明显的正相关关系(R2=0.990 1,P<0.05).亲石元素容易在底灰沉积或组成飞灰颗粒基质,亲硫元素燃烧后易于吸附在飞灰颗粒表面.而飞灰颗粒粒径越小,比表面积越大,所吸附的微量元素含量越高.     

粉煤灰合成沸石处理含氟水的研究

以粉煤灰为主要原料,通过碱融法可以制备对氟离子具有一定吸附性能的沸石,通过正交试验与单因素试验共同考察了陈化时间、晶化时间和固液比对沸石吸附性能的影响,最佳的合成条件是陈化时间为12 h、晶化时间为6h、固液比为1/10,在制作工艺方面为粉煤灰合成沸石提供了重要参考.     

粉煤灰合成NaA型沸石对重金属离子的吸附动力学

以粉煤灰为原料,采用两步法合成了单一沸石矿物种的NaA型沸石,对合成产物的结构和性能进行了表征.通过静态吸附实验,研究了NaA型沸石对水溶液中Cu(ΙΙ)、Cr(Ⅵ)和Zn(ΙΙ)离子的吸附特性,从动力学角度探讨了吸附机理.结果表明,在所研究的浓度和pH值条件下,NaA型沸石对3种重金属的吸附符合Langmuir等温吸附方程,静态饱和吸附量(Qm)分别为82.30,65.96,47.78mg/g;3种金属离子在水溶液中的存在方式和大小是影响它们吸附行为的主要因素,通过动边界模型推算表明:NaA型沸石对Cu(ΙΙ)和Zn(ΙΙ)离子的吸附过程的速度控制步骤为液膜扩散,对Cr(Ⅵ)离子的吸附过程的速度控制步骤为颗粒扩散,3种金属离子的吸附过程符合伪二级方程.     

粉煤灰综合利用过程中汞的二次释放规律研究

我国粉煤灰年产生量4亿t左右,近年来利用率稳定在65%～68%,主要利用方式包括建材生产、道路施工、建筑工程和农业利用.建材生产包括高温工序,可能存在粉煤灰中汞的二次释放.本研究设计实验模拟了水泥生产、蒸养砖生产的主要环境因素,利用程序升温脱附的方法研究粉煤灰利用过程中的汞迁移转化规律,并对全国范围内粉煤灰利用过程汞的二次释放量做出估算.研究发现,粉煤灰中的汞以HgCl2(Hg2Cl2)、HgS和HgO的形式存在;水泥生产过程中,粉煤灰中98%以上的汞会释放;蒸养砖生产过程中,粉煤灰中汞的平均释放率为28%,释放率主要受到粉煤灰中的HgCl2(Hg2Cl2)比例的影响.我国粉煤灰利用过程中的汞二次排放量由2002年的4.07 t.a-1增至2008年的9.18 t.a-1,其中水泥行业的贡献率占到96.6%.     

水热法协同处置不同垃圾焚烧炉飞灰及其机理

生活垃圾焚烧飞灰富含重金属且极易浸出对环境造成污染.通过研究流化床飞灰和炉排炉飞灰的理化特性,将流化床飞灰作为硅铝源,将炉排炉飞灰作为碱激发剂,在无添加剂条件下水热合成水钙铝榴石和雪硅钙石,从而将重金属稳定在晶体中.借助SEM图像分析水热合成机理,以雪硅钙石的晶体结构解释其吸附重金属机理.水热反应后液相中几乎不存在重金属,用重金属浸出率对飞灰浸出毒性进行量化评估,水热反应后的飞灰重金属浸出率相比流化床飞灰均有明显的降低,当水热反应添加的流化床飞灰与炉排炉飞灰的质量比为7：3时,水热后的Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的浸出率最低,浸出率分别为0.073%、0.006%、0.107%、0.006%、0.326%.     

粉煤灰合成沸石同步脱氨除磷特性的研究

利用粉煤灰合成沸石,研究其在同步去除氮、磷方面的特性.合成沸石对氨氮和磷酸盐的吸附净化均随时间增加而变化,但均在24h后基本达到平衡.随合成沸石投加量的增加,同步去除污水中氮磷的效果越好,但在投加量为8 g·L^-1以上时去除率的增加明显放慢.在pH为7～9时氨氮去除率最高(约60%),超过此pH范围时去除率降低.在pH 7～9范围磷去除率达最低(约为85%),超过此pH范围时去除率增加(最高达到近100%).合成沸石对氨氮的吸附为放热反应,对磷的吸附为吸热反应.不同阳离子饱和的合成沸石对氨氮的吸附顺序依次为:Al>Mg>Ca>Na>Fe,对磷的吸附顺序则为:Al>Fe>Ca>Mg>Na.合成沸石的氨氮吸附机理为阳离子交换作用,对磷的去除除化学沉淀作用外尚有吸附机制.     

Use of zeolitized coal fly ash in the simultaneous removal of ammonium and phosphate from aqueous solution

Discharge of wastewater containing nitrogen and phosphate can cause eutrophication. Therefore, the development of an efficient material for the immobilization of the nutrients is important. In this study, a low calcium fly ash and high calcium fly ash were converted into zeolite using the hydrothermal method. The removal of ammonium and phosphate that coexist in aqueous solution by the synthesized zeolites were studied. The results showed that zeolitized fly ash could efficiently eliminate ammonium and phosphate at the same time. Saturation of zeolite with Ca²⁺ rather than Na⁺ favored the removal of both ammonium and phosphate because the cation exchange reaction by the NH₄ ⁺ resulted in the release of Ca²⁺ into the solution and precipitation of Ca²⁺ with PO₄ ³⁻ followed. An increase in the temperature elevated the immobilization of phosphate whereas it abated the removal of ammonium. Nearly 60% removal efficiency for ammonium was achieved in the neutral pH range from 5.5 to 10.5, while the increase or decrease in pH out of the neutral range lowered the adsorption. In contrast, the removal of phosphate approached 100% at a pH lower than 5.0 or higher than 9.0, and less phosphate was immobilized at neutral pH. However, there was still a narrow pH range from 9.0 to 10.5 favoring the removal of both ammonium and phosphate. It was concluded that the removal of ammonium was caused by cation exchange; the contribution of NH₃ volatilization to immobilization at alkaline conditions (up to pH level of 11.4) was limited. With respect to phosphate immobilization, the mechanism was mainly the formation of precipitate as Ca₃(PO₄)₂ within the basic pH range or as FePO₄ and AlPO₄ within acidic pH range.     

炉底渣磨细优化其品质的试验

以浙江长兴电厂所排的炉底渣为例,通过磨细将其加工成相当于国标Ⅱ级粉煤灰的产品。试验结果表明:长兴电厂炉底渣的化学成分以SiO2与Al2O3较高为特征,物相以玻璃体占绝对优势,微量元素和放射性元素含量均在国标规定的安全范围内;磨细炉底渣的45μm筛余量控制在10%左右时其品质为最优;磨细炉底渣的火山灰活性要优于磨细Ⅱ级粉煤灰的。     

表面改性非烧结生态砖材料对模拟城市暴雨径流中低浓度磷的吸附特性

为了寻求城市暴雨后地表径流中低浓度磷的去除方法,考察了粉煤灰、活性炭、沸石等材料对低浓度磷的吸附特性,进而利用筛选出的吸附材料对河岸护坡砖表面进行改性,制成非烧结生态砖材料,系统地研究了吸附材料添加量、磷酸盐浓度、反应时间等对生态砖材料吸附磷酸盐效率的影响,并探究了紫花苜蓿对生态砖表面磷酸盐的吸收能力.结果表明:①在3种吸附材料中,粉煤灰对磷酸盐的吸附效果最佳,3 h内其对磷酸盐的去除率分别比沸石、活性炭提高了54%、67%.②当生态砖表面搭载36 mg/cm2粉煤灰时,生态砖材料表现出最佳的磷酸盐吸附性能,比未搭载粉煤灰的生态砖材料对磷酸盐的去除率提高了14%.③生态砖材料对磷酸盐的吸附符合Freundlich吸附等温方程和颗粒内扩散方程,其对磷酸盐的吸附机理是由颗粒内扩散起主导作用的物理吸附.④在缺磷胁迫环境下,紫花苜蓿根系分泌出的柠檬酸将生态砖表面的磷酸钙晶体溶解,进而将其吸收进植物体内,15 d对生态砖表面磷的脱附比例为38.40%±0.37%.研究显示,粉煤灰改性的非烧结生态砖材料对磷酸盐具有较好的吸附效果,并且吸附的磷酸盐能够被植物所吸收可实现生态砖材料的天然再生.      

Mercury adsorption characteristics of HBr-modified fly ash in an entrained-flow reactor

In this study, the mercury adsorption characteristics of HBr-modified fly ash in an entrained-flow reactor were investigated through thermal decomposition methods. The results show that the mercury adsorption performance of the HBr-modified fly ash was enhanced significantly. The mercury species adsorbed by unmodified fly ash were HgCl₂, HgS and HgO. The mercury adsorbed by HBr-modified fly ash, in the entrained-flow reactor, existed in two forms, HgBr₂ and HgO, and the HBr was the dominant factor promoting oxidation of elemental mercury in the entrained-flow reactor. In the current study, the concentration of HgBr₂ and HgO in ash from the fine ash vessel was 4.6 times greater than for ash from the coarse ash vessel. The fine ash had better mercury adsorption performance than coarse ash, which is most likely due to the higher specific surface area and longer residence time.     

酸碱回收对粉煤灰合成沸石性能的影响

针对粉煤灰合成沸石合成成本较高及废酸碱外排污染环境的问题,对粉煤灰合成人工沸石工艺中废酸碱回收的可行性及其对合成沸石产品性能的影响进行了试验研究,研究设置3个废酸碱回收利用比例条件(1:1,2:1,3:1),其他合成条件与初始粉煤灰合成沸石完全相同.利用SEM、XRD、BET等技术对合成产品进行表征,结果表明回收酸合成沸石(WAC-ZFA)、回收碱合成沸石(WAL-ZFA)表面存在大量孔隙结构,XRD图谱也存在尖锐的沸石衍射峰,表征结果与粉煤灰合成沸石(ZFA)相似;在BET方面,与ZFA相比,WAC-ZFA有所下降,而WAL-ZFA明显增大;废碱回收比例对合成沸石除氨的效果影响不大,而废酸回收比例对合成沸石除氨的效果影响较明显,综合考虑,建议在实际生产中废酸回收比例宜≤1:1,废碱回收比例宜≤3:1.     

煤中氟化物在燃烧产物中的分布特征

通过煤的灰化程序研究煤中氟在燃烧产物中的静态分布特征,并对不同燃烧方式的工业和电站锅炉燃烧时煤中氟化物在燃烧产物中的分布特征进行试验结果表明:煤中氟属于强挥发性元素,在煤灰中是非浓集的.煤粉炉燃煤过程中,煤中氟析出强度高,约有94.5%的氟以气态氟形式析出;层燃炉气态氟的析出率略有降低,约有80%的氟以气态氟形式析出.煤粉炉飞灰各级分粒子中氟元素的质量分数分布呈"单峰"型,峰值出现在74～104μm粒度级,约占飞灰总氟量的55%～60%.     

络合剂对燃煤及木材飞灰生物氧化能力的影响

利用脱氧核糖氧化法考察了飞灰颗粒物,包括５种燃煤飞灰及一种燃木飞灰,生物氧化能力以及外加螯合剂的影响。结果证实,不同来源飞灰颗粒物氧化剂产生能力不同,且燃煤飞灰产生方式不同,催化氧化剂产生能力亦不同。     

生活垃圾焚烧飞灰差异性特征对脱氯除盐效果影响研究——以重庆和天津飞灰为例

随着生活垃圾焚烧技术的普及,垃圾焚烧飞灰的资源化利用迫在眉睫,然而飞灰中的高浓度氯元素严重阻碍了其资源化进程.水洗技术作为常用的脱氯除盐技术,得到越来越多的应用,但除氯效果受飞灰自身性质特征影响较大.本研究从重庆和天津采集了两种理化性质具有较大差异的垃圾焚烧飞灰,在对其粒径分布、化学组成、矿物组成、pH值和浸出毒性等基本特征进行分析表征的基础上,采用水洗技术和碳酸化水洗技术对两种飞灰进行了脱氯处理.结果表明,重庆飞灰氯元素的赋存形态包括NaCl、KCl等可溶性氯盐,还含有较高浓度的难溶氯盐(如CaClOH、Friedel盐和Ca₆(CO₃)₂(OH)₇Cl),因此,水洗技术难以达到理想的脱氯效果,氯盐去除率最高为88%.在水洗过程中通入CO₂可以显著降低反应体系的pH值,促进难溶盐的转化和溶解,进而提高飞灰氯盐的去除率.重庆飞灰采用加速碳酸化水洗技术,氯盐去除率最高可达94%.天津飞灰中氯元素主要以可溶性氯盐的形式存在,难溶盐占比很少,因此,水洗技术可以达到较高的脱盐率(96%).采用加速碳酸化技术对天津飞灰进行处理,发现氯盐去除率较纯水洗技术反而有所降低,分析其主要原因可能与加速碳酸化过程中碳酸钙等物质的再沉淀对氯盐的裹挟作用有关.由此可知,飞灰自身性特征尤其是氯盐的赋存形态对于脱氯除盐技术的选择有重要影响.因此,实际资源化利用过程中,可根据飞灰性质来决定预处理手段,从而最大化提升效率和节约成本.     

沥青固化城市生活垃圾焚烧飞灰的实验研究

对利用沥青固化城市生活垃圾焚烧飞灰的处理效果进行了实验研究.探讨了沥青与飞灰以不同比例混合对飞灰重金属Pb,Cr,Cd,Ni,Cu,Zn固化效果的影响.并对沥青与飞灰的质量比(mAS mFA,其中AS代表沥青,FA代表飞灰)为0 2时作了进一步的研究,在此基础上加入不同比例的添加剂S和NaOH.结果表明,在沥青与飞灰的混合物中再加适当比例的添加剂,对飞灰的固化效果大大提高.