濕法改性制備高比表面積氫氧化鈣及表征

摘要：選取内(nei)蒙古清水河優(yōu)質石灰石爲原(yuán)料，經煅燒和粉(fěn)碎，在消化過程(chéng)中加入含羟基(jī)的有機化合♉物(wu)，濕法改性制備(bei)高比表面積氫(qīng)氧化鈣。研究了(le)丙🏒二醇、三乙醇(chun)胺、聚乙二醇（1000）3 種(zhǒng)改🐉性劑對氫氧(yǎng)化鈣比表面積(ji)的🎯影響。利用✏️ X 射(she)線衍射儀（XRD）、掃描(miao)電鏡（SEM）和比表面(miàn)積分析儀（BET）表征(zheng)了氫氧化鈣樣(yàng)品的物相組成(cheng)、顯⛹🏻‍♀️微結構和比(bi)表面積。結果表(biao)明：在石灰消化(hua)過程中加入含(han)羟基的有機化(huà)合物可以增大(da)氫氧化鈣的比(bi)表面積，制得的(de)氫氧化鈣表面(miàn)呈片層狀結構(gòu)；當🏒丙二醇添加(jia)量爲石灰質量(liang)的 10%時，制得氫氧(yǎng)化鈣比表面積(jī)達到 47.415 6 m²/g。
關鍵詞：氫(qīng)氧化鈣；濕法；改(gai)性；比表面積

氫(qing)氧化鈣一般是(shi)由生石灰與水(shuǐ)消化生成的一(yī)種無機粉體^[1-2]。因(yin)原料石灰石分(fèn)布廣泛、合成工(gōng)藝簡單、價格低(dī)廉，氫氧化鈣被(bei)廣泛應用于建(jian)築、塗料、水處理(lǐ)、環境污染控☂️制(zhì)等方面^[3-4]。尤其在(zài)逐漸成熟的幹(gàn)法和半幹法煙(yān)氣脫硫中^[5]，氫氧(yǎng)化鈣作爲最常(chang)用的吸收劑，其(qí)性能的優劣直(zhi)接影響脫硫🌈效(xiào)果^[6-8]。氫氧化鈣淨(jing)化煙氣過程一(yī)般是利用煙氣(qi)中的酸性❄️氣體(tǐ)與氫氧化鈣進(jìn)行氣固接觸導(dao)緻的酸堿反🌍應(yīng)或相關吸附，決(jue)定反應的一個(ge)重要因素就是(shi)固體的比表面(mian)積^[9-10]，因此制備高(gao)比表面積的氫(qing)氧化鈣對煙氣(qì)淨化及相關方(fang)面的應用至關(guān)重要。氫氧化鈣(gai)是具有極性🔴的(de)無機化合物，對(duì)氫氧化鈣進行(háng)表面改性可以(yǐ)利用含羟基的(de)有機化合物^[11]。筆(bi)者通過加入含(han)羟基的有機改(gǎi)性劑濕法制備(bei)氫氧化鈣，考察(cha)了聚乙二醇（1000）、丙(bing)二醇和三乙醇(chun)胺對氫♉氧化鈣(gai)比表面積的影(yǐng)響，比較了不同(tóng)改性劑在不👄同(tong)投入量下制得(de)氫氧化鈣的😄比(bǐ)表面👈積，制備出(chu)分散性好、比🔴表(biǎo)面積大🏃‍♀️的氫氧(yang)化鈣^[7]。

1 實驗部分(fèn)

1.1 原料與試劑

1.2 儀器設備

箱式(shi)電阻爐；真空幹(gan)燥箱；數顯恒速(sù)攪拌器；電子恒(heng)溫水浴鍋；微型(xing)粉碎機；D8型XRD儀；S-4800型(xing)FE-SEM；3H-2000PS1/2型靜态容量法(fa)比表面積及孔(kong)徑分析測試儀(yí)。

1.3 實驗方法

将石灰(huī)石制成5~50mm顆粒，置(zhi)于電阻爐中于(yu)1100℃煅燒10~15min，然後自然(rán)🔞冷卻至室溫。

1.3.2 石(shi)灰活性度和有(you)效鈣含量測定(dìng)

将生石灰制成(chéng)1~5mm顆粒，測定其活(huo)性度和有效鈣(gai)含量。測試石灰(hui)活❌性度參照YB/T 105－2005《冶(yě)金石灰物理檢(jian)驗方法》。取石灰(huī)50g，倒入2L 40℃水中，以酚(fen)酞爲指示劑，用(yòng)4mol/L鹽酸滴定，直到(dào)紅色消失，記錄(lu)從滴定開始到(dao)第10min時消耗鹽酸(suan)體積即爲石灰(huī)🔴活性度^[13]。石灰有(you)效鈣含量測定(dìng)采用經典蔗糖(táng)鹽酸滴定法。取(qǔ)石♊灰✌️0.4~0.5g，置于250mL錐形(xíng)瓶中，加入4g蔗糖(táng)覆蓋在石灰上(shàng)，加入煮沸并已(yi)冷卻的蒸餾水(shuǐ)40mL，密閉，用磁力攪(jiǎo)拌器攪拌15min，以酚(fēn)✔️酞爲指示劑，用(yòng)0.5mol/L鹽酸滴定，控制(zhi)滴定速度爲🐇2~3滴(dī)/s，至溶液中紅色(se)消失，保持30s不變(biàn)色^[14]。石灰有效鈣(gai)含量計算公式(shì)：

w（CaO）=0.0005cVM/m×100%

式中：M爲氧化鈣(gài)摩爾質量（g/mol）；c爲鹽(yan)酸标準溶液濃(nóng)度（mol/L）；V爲消耗鹽酸(suān)标🙇‍♀️準溶液體積(ji)（mL）；m爲石灰樣品質(zhi)量（g）。

1.3.3 石灰消化

2 結果與分析(xi)

2.1 石灰石物相分(fen)析

圖1 爲石灰石(shi)XRD譜圖。由圖1看出(chū)，石灰石特征衍(yǎn)射峰與🌐方解石(shi)⚽中CaCO3标準衍射特(te)征峰基本一緻(zhi)，說明石灰石主(zhǔ)要☁️成分爲CaCO3。

圖1 石(shí)灰石XRD譜圖

2.2 煅燒(shāo)後生石灰樣品(pin)分析

圖2 爲煅燒(shāo)後生石灰XRD譜圖(tú)。由圖2看出，生石(shi)灰特征衍射峰(feng)與CaO标準特征衍(yǎn)射峰基本一緻(zhì)，說明生石灰中(zhōng)主要成分爲CaO。經(jīng)😘分析，生石灰活(huo)性度爲408.7mL，有效鈣(gài)含量爲92.25%。生石灰(hui)活性度和有效(xiào)鈣含量都較高(gāo)，證明其品質優(you)良。

丙二醇、三乙醇(chún)胺、聚乙二醇（1000）添(tiān)加量分别爲5%和(hé)10%，改性劑對⛹🏻‍♀️氫氧(yǎng)化鈣比表面積(ji)的影響見表2。由(you)表2看出，添加丙(bǐng)⛹🏻‍♀️二醇🌈和三乙醇(chún)胺制得氫氧化(hua)鈣比表面積比(bi)🔞未加改性劑時(shí)♍大，而添加聚乙(yǐ)二醇（1000）制得氫氧(yǎng)化鈣比表面積(jī)比未加改性劑(ji)時小。以丙二醇(chún)的改性效⭐果最(zui)好。

表2 改性劑類(lei)型對氫氧化鈣(gai)比表面積的影(yǐng)響

以丙二醇和三(sān)乙醇胺爲改性(xìng)劑，考察改性劑(ji)用量對氫♌氧化(hua)鈣比表面積的(de)影響，結果見圖(tú)3。由圖3看出，當丙(bing)二醇用量💁爲樣(yang)品質量的10%時，氫(qing)氧化鈣比表面(mian)積最大，達到47.4156m²/g；當(dang)☁️三乙醇胺用量(liàng)爲樣品質量的(de)5%時，氫氧化鈣比(bi)表面積爲🌏44.4442m²/g，效果(guo)非常理想。

2.5 氫氧(yǎng)化鈣樣品物相(xiàng)分析

圖4 氫氧化(huà)鈣樣品XRD譜圖。由(yóu)圖4看出，氫氧化(hua)鈣樣品特征衍(yǎn)射峰與氫氧化(huà)鈣标準衍射峰(feng)基本一緻，說明(ming)石灰消化💰生成(chéng)✌️的物質主🎯要爲(wei)氫氧化鈣。

圖4 氫(qing)氧化鈣樣品XRD譜(pǔ)圖

2.6 氫氧化鈣樣(yàng)品微觀形貌分(fen)析

圖5 爲不加改(gǎi)性劑制得氫氧(yang)化鈣樣品SEM照片(pian)。圖6爲添加丙二(er)醇（用量10%）制得氫(qīng)氧化鈣樣品SEM照(zhào)片。

圖(tu)6 添加10%丙二醇制(zhi)得氫氧化鈣樣(yàng)品SEM照片

對比圖(tú)5和圖6可以看出(chu)，加入改性劑制(zhi)得的氫氧化鈣(gai)晶粒較小，晶粒(li)之間有較多微(wei)孔且分布相對(dui)均勻，表面呈片(piàn)層狀結構且分(fen)層特别明顯。這(zhè)些微孔和片層(ceng)提供了較大的(de)比表面積，使氫(qīng)氧化鈣表面整(zheng)體呈現一個多(duo)孔隙、大比表面(mian)積的結構。

3 結論(lun)

以高活性度和(hé)高有效鈣含量(liàng)石灰爲原料濕(shī)法消化制備🏃🏻‍♂️氫(qing)氧化鈣時，加入(rù)丙二醇和三乙(yǐ)醇胺可以增大(da)氫氧化鈣比表(biǎo)面積。當丙二醇(chun)添加量爲石灰(hui)質量的10%時，氫氧(yang)化鈣比表面積(ji)達到47.4156m²/g；當三乙醇(chun)胺添加量爲石(shí)灰質量的5%時，氫(qīng)氧化鈣比表面(miàn)積達到44.4442m²/g。制🌈備的(de)氫氧化🔅鈣表面(miàn)呈片♊層狀結構(gou)，晶粒之間均勻(yún)分布大量微孔(kǒng)。

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