以煤矸石為原料，采用堿熔后水熱合成法制備X型分子篩并進(jìn)行XRD、SEM、BET和Zeta電位分析。研究其對水中Co2+、Cu2+、Cd2+和Cr3+ 4種離子的吸附性能，包括吸附等溫線、吸附動力學(xué)以及初始金屬離子濃度、pH值對吸附性能的影響。
所合成的矸石基X型分子篩的BET比表面積為676.02 m2/g，微孔孔容為0.263 cm3/g。吸附實驗表明，矸石基X型分子篩能有效去除上述4種離子，同時實現(xiàn)煤矸石的資源化和金屬離子的去除。4種離子的平衡吸附量均隨初始濃度的增大而增大，相同條件下平衡吸附量的大小順序為Cd2+> Cr3+> Cu2+> Co2+。準(zhǔn)二級動力學(xué)模型能很好地描述4種離子的吸附動力行為。Langmuir模型對Co2+、Cu2+和Cd2+吸附的擬合較Freundlich模型高，說明其主要表現(xiàn)為物理吸附過程。4種離子的吸附速率均由液膜擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散共同控制。
隨著煤炭資源需求的持續(xù)增加，煤炭開采過程中形成的固體廢棄物...煤矸石也急劇增加。煤矸石的產(chǎn)生、堆積帶來嚴(yán)重的環(huán)境危害：如土地壓占，淋溶液對土壤和地下水的污染 。煤矸石的主要成分是SiO2和Al2O3，與沸石的化學(xué)成分相同，因此可將其作為原料合成沸石分子篩。分子篩作為一種高效的吸附劑和離子交換劑，廣泛應(yīng)用于環(huán)保、化工催化、輕工、農(nóng)業(yè)和環(huán)境材料等領(lǐng)域。
但由于沸石的合成原料大多成本昂貴，加之工藝復(fù)雜，不易形成規(guī)�；a(chǎn)，這在一定程度上限制了其實際應(yīng)用。以煤矸石為原料合成分子篩一方面提高了以煤矸石為原料合成產(chǎn)品的科技含量和附加值，拓寬了煤矸石的利用途徑，達(dá)到了以廢治廢的目的；
另一方面又為尋找一種來源豐富，價格低廉的沸石合成原料開辟了一條新出路。各種工業(yè)活動產(chǎn)生的金屬離子因其進(jìn)人環(huán)境后不可生物降解性，加之往往又參與食物鏈循環(huán)，并最終在生物體內(nèi)積累，破壞生物體的正常生理代謝活動，進(jìn)而危害人體健康而受到普遍關(guān)注。
吸附被認(rèn)為是一種有效處理金屬離子的方法，而沸石又恰恰是一種有效且廣泛應(yīng)用的吸附劑。國內(nèi)外已就金屬離子的沸石吸附去除開展了廣泛的研究，但由于條件等的不一致往往很難對其吸附性能有一個較全面的了解。此外，以煤矸石為原料合成沸石并應(yīng)用于金屬離子的去除研究尚不足。
本文以煤矸石為原料，采用堿融后水熱合成法制備出X型分子篩，全面研究了其對水中金屬離子的去除特性，為實際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
1實驗部分
1.1實驗材料和儀器
制備分子篩的原料取自陜西白水煤礦，其SiO2和Al2O3分別為45.14%和26.97%，燒失量16.40%。硝酸鈷，硝酸銅，硝酸鎘和硝酸鉻均為分析純，購自上海金山亭新化工試劑廠；氫氧化鈉，購自天津化學(xué)廠；硝酸，分析純，購自天津化學(xué)廠。
X射線衍射儀，日本D/Max2550VB+/PC；掃描電子顯微鏡，日本HITACHI S-3400N；電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀，德FHX；英國馬爾文Zetasizer Nano分析儀；比表面積測定儀，中國JWBK-132F。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
1.2金屬離子模擬廢水的配置
1.3矸石基X型分子篩的制備
煤矸石經(jīng)破碎，烘干，過320目篩，于馬弗爐中800℃下焙燒3h制得疏松多孔的灰色原料。取出后研磨，按照1:2:1的燒堿/矸石質(zhì)量比均勻混合，于馬弗爐中650℃下熔融2h，堿熔產(chǎn)物與水以8ML/g的液固比混合，室溫攪拌陳化6h后轉(zhuǎn)移到水熱合成反應(yīng)釜中，于干燥箱中110℃晶化12h。產(chǎn)物經(jīng)水洗至pH＜9；后離心、干燥，最終制得白灰色粉末狀產(chǎn)物。
1.4矸石基X型分子篩的表征
產(chǎn)物晶相通過D/Max2550VB+/P型全自動X射線衍射儀（XRD）鑒定，表面形貌通過S-3400N型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察。由JWBK-132F型比表面積測定儀分析產(chǎn)物的比表面積和孔徑分布，其等電點電位通過Zetasizer Nano儀測定得到。
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