煤矸石制备气凝胶研究进展

郝名远, 陈欢乐, 李淑敏, 胡博, 夏晨康, 尚阳, 张鑫源, 刘维海, 苗洋, 高峰. 煤矸石制备气凝胶研究进展[J]. 矿产保护与利用, 2022, 42(1): 172-178. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2022.01.025
引用本文: 郝名远, 陈欢乐, 李淑敏, 胡博, 夏晨康, 尚阳, 张鑫源, 刘维海, 苗洋, 高峰. 煤矸石制备气凝胶研究进展[J]. 矿产保护与利用, 2022, 42(1): 172-178. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2022.01.025
HAO Mingyuan, CHEN Huanle, LI Shumin, HU Bo, XIA Chenkang, SHANG Yang, ZHANG Xinyuan, LIU Weihai, MIAO Yang, GAO Feng. Research Progress on the Preparation of Aerogel from Coal Gangue[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2022, 42(1): 172-178. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2022.01.025
Citation: HAO Mingyuan, CHEN Huanle, LI Shumin, HU Bo, XIA Chenkang, SHANG Yang, ZHANG Xinyuan, LIU Weihai, MIAO Yang, GAO Feng. Research Progress on the Preparation of Aerogel from Coal Gangue[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2022, 42(1): 172-178. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2022.01.025

煤矸石制备气凝胶研究进展

  • 基金项目:
    阳煤纳谷气凝胶科创城揭榜招标项目(YK20002)
详细信息
    作者简介: 郝名远(1998—),男,研究生。主要从事气凝胶的研究。E-mail:hao_mingyuan@qq.com; 陈欢乐(1999-),男,研究生。主要从事气凝胶的研究。E-mail:1603235067@qq.com
    通讯作者: 苗洋,E-mail:miaoyang198781@163.com
  • 中图分类号: TD849+.5;TQ427.26

Research Progress on the Preparation of Aerogel from Coal Gangue

More Information
  • 煤矸石是煤炭开采加工过程产生的废弃物,其体量大、污染高和处理难,煤矸石含有大量的硅铝成分,是一种很宝贵的硅铝资源。气凝胶是一种结构可控的多孔轻质材料,它是目前已知体积密度最小的固体物质,可应用于保温隔热、催化和航天等多种领域。如何利用廉价的原材料制备高性能气凝胶从而降低生产成本,实现高值化利用是发展气凝胶材料的关键技术之一。阐述了煤矸石在煅烧活化和碱熔活化两种活化方式下硅铝的溶出效果,以及水洗和溶剂置换、离子液体萃取、阳离子交换树脂等对活化浸出溶液的几种除杂手段,并对比了一步溶出法和两步溶出法制备SiO2气凝胶和SiO2-Al2O3气凝胶的工艺方案以及最终产品性能,旨在为煤矸石的高值化利用及气凝胶的低成本制备提供参考。

  • 加载中
  • 图 1  一步溶出法制备气凝胶

    Figure 1. 

    图 2  两步溶出法制备气凝胶

    Figure 2. 

    图 3  煤矸石碱活化制备SiO2和Al2O3工艺示意图[25]

    Figure 3. 

    图 4  SiO2气凝胶的扫描电镜图(a) (b) (c)和气凝胶的疏水性能(d) (e) (f)[36]

    Figure 4. 

    表 1  不同煤矸石的化学成分

    Table 1.  Chemical composition of different coal gangue  /%

    煤矸石 SiO2含量 Al2O3含量 Fe2O3含量 CaO含量 MgO含量
    山西 48~71 7~55 0.3~18.0 0.3~8.5 0.5~33.0
    新疆 9.7~70.2 0.2~17.1 1.1~5.4 1.2~18.5 1.1~18.3
    淮南 56.2~57.7 27.3~27.8 6.2~10.7 1.1~1.6 0.5~1.8
    贵州 23.0~48.6 6.3~27.6 1.1~19.0 0.1~13.9 0.4~3.6
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    表 2  不同碱浸条件下SiO2浸出率

    Table 2.  Extraction rates of SiO2 under different alkaline leaching conditions

    碱浸试剂 试剂浓度 碱浸温度 碱浸时间 碱浸液固比 SiO2浸出率 参考文献
    NaOH 6 mol/L 97 ℃ 1 h 4 1 85% [20]
    NaOH 6 mol/L 95 ℃ 2 h 10 1 69.74% [21]
    NaOH 4.5 mol/L 95 ℃ 1.5 h 4 1 62.5% [22]
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    表 3  煤矸石为源制备气凝胶

    Table 3.  Preparation of aerogel from coal gangue

    类型 密度/(g·cm-3) 比表面积/(m2·g-1) 孔隙率/% 平均孔径/nm 导热率/(W· m-1·K-1) 疏水角/(°) 参考文献
    硅气凝胶 0.094 8 - 95.67 - 0.024 8 147 [36]
    硅气凝胶 0.203 0 962 88.32 20.77 0.022 9 133 [37]
    硅气凝胶 0.19 690 90 - 0.026 5 - [38]
    硅铝气凝胶 0.37 483 - 10.29 - - [39]
    硅铝气凝胶 - 585.53 - 3 - 132 [40]
    硅铝气凝胶 0.3475 493.5 - 4.8 - 134 [41]
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出版历程
收稿日期:  2021-10-23
刊出日期:  2022-02-25

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