熱活化-堿激發(fā)法制備尾煤基地質(zhì)聚合物及吸附Pb(Ⅱ)試驗(yàn)研究

李雅濤，樊玉萍，董憲姝，姚素玲，薛鴻霏，郭嘉奇，何梓豪

(太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024)

0 引 言

我國(guó)是煤炭生產(chǎn)消費(fèi)大國(guó)，隨著我國(guó)機(jī)械化采煤技術(shù)的逐步提高，選煤廠入選原煤中煤泥的含量逐漸增多，浮選是細(xì)粒煤分選的重要技術(shù)手段，所以選煤廠采用浮選選煤法的比重越來(lái)越大[1]。經(jīng)分選后產(chǎn)生大量浮選尾煤，尾煤堆積易造成土地資源浪費(fèi)與環(huán)境污染問(wèn)題[2]。因此，將尾煤資源合理化利用已經(jīng)成為我國(guó)迫切需要處理的問(wèn)題。

1978年，法國(guó)DAVIDOVITS教授對(duì)耐火材料進(jìn)行研究并引入地質(zhì)聚合物的概念[3]。與傳統(tǒng)普通硅酸鹽水泥相比，利用堿活化反應(yīng)合成的地質(zhì)聚合物是一種節(jié)能的新型膠凝材料，兼有陶瓷、水泥、高分子材料的特點(diǎn)，具有成本低、環(huán)保、節(jié)能且抗壓強(qiáng)度高、耐高溫、耐酸堿、固封重金屬等優(yōu)異性能，使得地質(zhì)聚合物廣泛應(yīng)用于建筑材料、固封核廢料、鑄造、裝飾和航空航天材料等領(lǐng)域[4]。地質(zhì)聚合物材料的結(jié)構(gòu)是由硅氧四面體[SiO4]4-與鋁氧四面體[AlO4]5-通過(guò)共用氧原子相互聚合而成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，堿或堿土金屬離子分布于框架原子孔隙之間，最終產(chǎn)物為以離子鍵以及共價(jià)鍵為主的無(wú)定形物質(zhì)，正是這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得其具有固封重金屬離子的作用[5]。由于生態(tài)系統(tǒng)中潛在的毒性效應(yīng)和生物累積的風(fēng)險(xiǎn)，重金屬污染成為全球關(guān)注的問(wèn)題[6]。因此，需要開(kāi)發(fā)一種高效、廉價(jià)、穩(wěn)定的重金屬處理新材料?；诘刭|(zhì)聚合物的化學(xué)吸附作用和類(lèi)沸石籠狀結(jié)構(gòu)，在重金屬離子處理方面具有潛在的應(yīng)用前景[7]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科研工作者針對(duì)粉煤灰轉(zhuǎn)化成地質(zhì)聚合物的工藝做了一些研究，隨著研究的進(jìn)展，復(fù)合地質(zhì)聚合物因其多重孔道結(jié)構(gòu)及在應(yīng)用中表現(xiàn)出的協(xié)同效應(yīng)而成為新材料合成領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[8]，但以尾煤為原料合成地質(zhì)聚合物鮮有報(bào)道。浮選尾煤中含有大量的硅和鋁物質(zhì)，與地質(zhì)聚合物組成相似，因此利用尾煤制備地質(zhì)聚合物是一種兼具經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重效益的技術(shù)[9]。因?yàn)槲裁簛?lái)源于煤炭加工過(guò)程，未經(jīng)過(guò)高溫煅燒，活性未激發(fā)，但粉煤灰經(jīng)過(guò)高溫熔爐，活化溫度不易控制，所以通過(guò)控制尾煤的活化溫度來(lái)制備性能更佳的地質(zhì)聚合物吸附劑是一個(gè)較為新穎的研究方向[10]。Pb(Ⅱ)是多種工業(yè)廢水處理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，部分學(xué)者針對(duì)煤基吸附劑對(duì)水中Pb(Ⅱ)的吸附開(kāi)展了研究，例如TANG等[11]探索了以褐煤作為原料的煤基吸附劑對(duì)水中重金屬離子吸附的最佳條件與機(jī)理；ALI等[12]、LI等[13]研究了粉煤灰作為原料制備的地質(zhì)聚合物吸附劑對(duì)重金屬離子的吸附性能，但對(duì)于以尾煤作為原料制備的地質(zhì)聚合物吸附材料對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附特性尚需進(jìn)一步深入研究。

基于此，筆者采用熱活化-堿激發(fā)制備尾煤基地質(zhì)聚合物，探討不同熱活化溫度對(duì)地質(zhì)聚合物性能的影響，對(duì)比了不同熱活化溫度制備地質(zhì)聚合物對(duì)水中Pb(Ⅱ)的吸附性能和影響因素，并采用SEM、FT-IR、XRD、BET對(duì)吸附劑的特性及吸附機(jī)理進(jìn)行了揭示，為Pb(Ⅱ)的去除和尾煤綜合利用提供借鑒。

1 試驗(yàn)與材料

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)的浮選尾煤原料來(lái)自山西焦煤集團(tuán)霍州煤電集團(tuán)呂臨能化選煤廠，試驗(yàn)所用化學(xué)試劑：氫氧化鈉(AR分析純)，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；無(wú)水乙醇(AR分析純)，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；氯化鈉(AR分析純)，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。

將原料研磨至粒徑小于0.125 mm，進(jìn)行工業(yè)分析和XRF分析，分析結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。由表可得，尾煤灰分為66.07，n(SiO2)∶n(Al2O3)=2.78,n為物質(zhì)的量。

表1 尾煤樣品工業(yè)分析Table 1 Proximate analysis of tail coal samples %

表2 尾煤樣品XRF分析Table 2 XRF analysis of tail coal samples %

1.2 尾煤基地質(zhì)聚合物制備方法

將上述研磨并篩分后的尾煤樣品放入馬弗爐中焙燒，升溫速度為10 ℃/min，降溫速度為15 ℃/min，到達(dá)目的溫度后保持2 h，采用該方法分別制得400、500、600、700、800、900、1 000 ℃條件下的熱改性尾煤。

TGP的制備過(guò)程中的堿激發(fā)劑由氫氧化鈉溶液組成。將氫氧化鈉在水中溶解，高速攪拌機(jī)1 500 r/min 下攪拌10 min后，加入熱改性尾煤。所制備的尾煤基地質(zhì)聚合物(Tail Coal Based Geopolymer，TGP)TGP漿料成分設(shè)定為n(SiO2)∶n(A12O3)=2.78，n(H2O)∶n(Na2O)=9.0，n(Na2O)∶n(SiO2)=0.35。高速攪拌分散機(jī)1 500 r/min攪拌30 min后進(jìn)行澆筑。將澆筑后的硅橡膠模具進(jìn)行密封后置于90 ℃下的烘箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)36 h之后脫模，即可制備出TGP樣品。

制備完成的TGP材料可能含有過(guò)多的堿及尾煤與堿反應(yīng)生成的鹽類(lèi)，防止堿導(dǎo)致Pb(Ⅱ)的沉淀影響試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)中將均將TGP破碎研磨，之后過(guò)120目(0.125 mm)篩后進(jìn)行浸泡清洗。清洗時(shí)間大于120 h，每12 h更換一次水直至過(guò)濾液pH值維持在7±0.5。然后將樣品進(jìn)行抽濾，105 ℃條件下烘干后放置在干燥器中待用。

1.3 Pb(Ⅱ)吸附試驗(yàn)

將Pb(Ⅱ)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(質(zhì)量濃度為1 g/L)稀釋?zhuān)频盟铦舛鹊腜b(Ⅱ)溶液，量取100 mL的Pb(Ⅱ)溶液放置于錐形瓶中，再分別加入吸附劑(尾煤/TGP)，保持液25 ml，固體0.1 g。將錐形瓶密封后置于恒溫震蕩儀中，設(shè)置溫度為25 ℃，震蕩頻率為150 r/min，時(shí)間為180 min。Pb(Ⅱ)的吸附量通過(guò)的ICP-OES分析儀(德國(guó)安捷倫科技有限公司)測(cè)試溶液中Pb(Ⅱ)濃度。其中浸出液等液體中的金屬元素經(jīng)稀釋一定倍數(shù)后控制濃度在0～50×10-6再進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量精度為0.01×10-6,測(cè)量誤差小于0.2%。

1.4 TGP測(cè)試

使用日本東京理學(xué)電機(jī)公司的smarlab ragiku 2019衍射儀檢測(cè)物相，測(cè)試并記錄XRD圖譜；以德國(guó)蔡司(ZEISS)非磁性GeminiSEM 300觀察尾煤吸附劑改性前后與吸附Pb(Ⅱ)前后的表面形貌分析；采用KBr壓片法在德國(guó)BRUKER公司的EQUINOX 55型紅外光譜儀上測(cè)試樣品的FTIR譜圖，分析尾煤及TGP的表面化學(xué)基團(tuán)；以美國(guó)康塔公司生產(chǎn)IQ全自動(dòng)物理吸附分析儀，在液氮飽和溫度77.35K下，吸附質(zhì)壓力P與吸附質(zhì)飽和蒸氣壓力P0的比值P/P0在0.01～1.09，測(cè)定樣品的氮吸附-脫附等溫線，采用BET多分子層吸附理論計(jì)算煤的總比表面積，通過(guò)BJH模型計(jì)算煤樣的孔容和孔徑分布，計(jì)算煤樣的孔容和孔徑分布。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析討論

2.1 不同熱活化溫度制備的TGP對(duì)Pb(Ⅱ)吸附影響

2.1.1 熱活化溫度對(duì)最大吸附量的影響

圖1為不同活化溫度改性的TGP對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附容量。由圖1可看出，隨著活化溫度的升高，TGP對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附容量呈先升高后降低的趨勢(shì)，800 ℃ 熱活化后的TGP對(duì)Pb(Ⅱ)吸附效果最佳，吸附量可以達(dá)到228.57 mg/g，遠(yuǎn)高于原尾煤的吸附量64.48 mg/g。經(jīng)過(guò)焙燒處理后的尾煤結(jié)晶度要大于未處理前，比表面積也隨著增大，較大的比表面積更有利于對(duì)重金屬離子的吸附。

圖1 不同熱活化溫度下TGP對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附量Fig.1 Adsorption capacity of TGP for Pb (Ⅱ) at different thermal activation temperatures

2.1.2 熱活化溫度對(duì)重復(fù)使用的吸附性能影響

材料重復(fù)使用性能是TGP吸附劑的重要指標(biāo)，是決定材料能否進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵性因素。為了考察TGP的重復(fù)使用性能，將己達(dá)到吸附飽和Pb(Ⅱ)的TGP置于飽和氯化鈉溶液中攪拌300 min，隨后反復(fù)多次采用去離子水洗滌。經(jīng)過(guò)105 ℃干燥2～3 h后冷卻，隨后再進(jìn)行Pb離子的吸附試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 重復(fù)試驗(yàn)次數(shù)對(duì)尾煤與TGP吸附劑再生效果的影響Fig.2 Effect of repeated experiments on regeneration effect of tail coal and TGP adsorbent

經(jīng)過(guò)6次重復(fù)試驗(yàn)，TGP吸附量逐漸降低。在第6次使用后所有TGP的吸附量均達(dá)到最高吸附量的80%以上，800 ℃活化制備的TGP的吸附量可以達(dá)到最高吸附量的86%，且從第4次重復(fù)吸附試驗(yàn)開(kāi)始吸附量已趨于穩(wěn)定。這說(shuō)明800 ℃所制備的TGP材料性能比較穩(wěn)定，循環(huán)利用性能較好，在重金屬吸附領(lǐng)域有較好的應(yīng)用潛力。

2.2 尾煤基地質(zhì)聚合物微觀表征

2.2.1 XRD礦相分析

圖3為不同活化溫度制備的TGP樣品和尾煤原樣的XRD圖。根據(jù)未處理尾煤XRD圖譜可知：尾煤中的晶態(tài)物質(zhì)主要有高嶺石、石英以及伊利石礦相。從圖中可以看出在20°～25°左右有一定的散射峰，表明了尾煤含有一定的碳物質(zhì)。尾煤中硅鋁以非晶態(tài)的形式存在，這為尾煤合成制備TGP提供了良好的條件。

圖3 不同活化溫度制備的TGP樣品和未處理尾煤的XRD圖Fig.3 XRD patterns of TGP samples and untreated tail coal prepared at different activation temperatures

由不同活化溫度制備TGP的XRD圖譜可知，所制備的TGP均為無(wú)定型態(tài)結(jié)構(gòu)。不同活化溫度制備的TGP均在20°～30°形成了一個(gè)很寬的無(wú)定形彌散峰，無(wú)顯著結(jié)晶相，該衍射峰為無(wú)定型硅酸鹽凝膠相的特征峰，表明所制備的TGP為非晶態(tài)的物相結(jié)構(gòu)[14]。非晶態(tài)在熱力學(xué)上屬于亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，相對(duì)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)而言，非晶態(tài)材料擁有更高的自由能。

原尾煤的主要成分是石英，高嶺石，伊利石等。樣品的XRD衍射曲線形狀上變化具有較為明顯的規(guī)律性，隨著溫度的升高，晶態(tài)物質(zhì)逐漸消失，非晶態(tài)物質(zhì)逐漸變多。當(dāng)活化溫度在600 ℃以下時(shí)，仍含有石英和高嶺石等礦相，導(dǎo)致尾煤中的硅鋁利用率較低，所制備的TGP吸附材料不能全部轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)物質(zhì)[15]。當(dāng)活化溫度達(dá)到600 ℃時(shí)，石英和高嶺石等礦相全部消失，所制備的TGP吸附材料已全部轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)物質(zhì)[16]。

2.2.2 FTIR官能團(tuán)分析

圖4 尾煤和TGP的紅外圖譜Fig.4 Infrared spectrum of tailings and TGP

圖4中上方的曲線為T(mén)GP樣品的紅外分析圖。在3 694、3 619 cm-1處的吸收峰完全消失，合并為3 458 cm-1處一個(gè)寬的吸收帶，表明尾煤在熱活化溫度為800 ℃時(shí)已經(jīng)脫出羥基、晶體結(jié)構(gòu)被破壞、產(chǎn)生相變。在3 458 cm-1處的吸收峰是由于羥基的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)引起的。在1 104 cm-1處的吸收峰是屬于Al—O/Si—O不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)，在683 cm-1及以下的吸收峰是由于四面體結(jié)構(gòu)中TO(T為Si或Al)鍵的對(duì)稱(chēng)伸縮和彎曲振動(dòng)引起，該峰標(biāo)志著地質(zhì)聚合物凝膠的形成。出現(xiàn)1 483和1 416 cm-1兩個(gè)極其微弱的峰，這2處峰則是由于羧基的不對(duì)稱(chēng)和對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)引起。在波數(shù)1 637 cm-1處是由于樣品的羥基彎曲振動(dòng)引起，且較原尾煤來(lái)說(shuō)，1 637 cm-1處峰變強(qiáng)，這說(shuō)明尾煤中的羥基發(fā)生重構(gòu)，極性變大，故更易與Pb(Ⅱ)形成離子鍵合。

2.2.3 SEM形貌分析

對(duì)未處理的浮選尾煤與800 ℃焙燒后改性的TGP進(jìn)行SEM形貌對(duì)比分析圖像如圖5所示。對(duì)比了浮選尾煤與TGP樣品，發(fā)現(xiàn)浮選尾煤以粒徑大小不一，結(jié)構(gòu)疏散的不規(guī)則顆粒為主，尾煤表面粘附著很多粉末狀顆粒;經(jīng)堿激發(fā)改性后，原尾煤結(jié)構(gòu)消失，呈現(xiàn)粗糙疏松的凝膠狀。這些特征可以部分解釋不同樣品的吸附容量，即改性后粗糙疏松凝膠狀的TGP更有利于Pb(Ⅱ)的吸附。同時(shí)，尾煤樣品表面較為致密，TGP的尾煤表面則較蓬松，表面產(chǎn)生了較多的孔結(jié)構(gòu)，比表面積增加，說(shuō)明經(jīng)過(guò)TGP孔隙更發(fā)達(dá)，更有利于吸附。

圖5 尾煤與TGP的SEM圖Fig.5 SEM of tail coal and TGP

2.2.4 N2吸附-脫附分析(BET)

尾煤和TGP都是具有不同孔隙系統(tǒng)的非均質(zhì)介質(zhì)?？紫督Y(jié)構(gòu)特征(如孔徑、孔比表面積、孔容、孔隙率等)可以決定吸附特性。因此研究比表面積和孔體積的特征對(duì)于分析掌握尾煤和TGP對(duì)吸附重金屬離子能力至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)尾煤和TGP進(jìn)行N2吸脫附試驗(yàn)分析，來(lái)證明尾煤和TGP吸附能力。

圖6給出了浮選尾煤和TGP的氮?dú)馕?脫附等溫線及孔徑分布曲線，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果列于表3。浮選尾煤和TGP都屬于IV型吸附等溫線，隨相對(duì)壓力升高，出現(xiàn)毛細(xì)管凝聚現(xiàn)象，這是顆粒間疊堆產(chǎn)生的介孔所致。與浮選尾煤相比，TGP對(duì)N2的吸附容量更大，同樣的顆粒堆積產(chǎn)生的介孔使氮?dú)庠诿摳竭^(guò)程中形成滯后環(huán)，表明毛細(xì)管凝聚的存在。依據(jù)氮?dú)馕?脫附等溫線，浮選尾煤和TGP的比表面積分別為5.882和52.707 m3/g，總孔容為0.048和0.312 cm3/g，平均孔徑分別為4.324和6.548 nm，TGP遠(yuǎn)高于尾煤的比表面積(大約為尾煤的9倍)。這也與對(duì)應(yīng)所制備產(chǎn)物對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附規(guī)律相匹配。

圖6 尾煤和TGP的N2吸脫附等溫線及孔徑分布Fig.6 N2 adsorption desorption isotherm and pore size distribution of tailings and TGP

表3 尾煤與TGP的孔結(jié)構(gòu)分析結(jié)果Table 3 Results of pore structure analysis of tail coal and TGP

從圖6d可看出，熱活化-堿激發(fā)改性對(duì)浮選尾煤孔類(lèi)型改變不大，但浮選尾煤經(jīng)熱活化-堿激發(fā)改性后比表面積由5.882 m2/g增加到52.707 m2/g，改性前，浮選尾煤微孔的比表面積與總表面積的比值為98.7%，焙燒后微孔的比表面積增加但與總表面積的比值降低，介孔與大孔占總比表面積的62.6%，總孔體積由0.048 cm3/g提高到0.312 cm3/g，平均孔徑從4.324 nm提高到6.548 nm，大孔體積占總孔體積的69.1%，推測(cè)可能的原因是，經(jīng)過(guò)熱活化-堿激發(fā)改性之后，浮選尾煤中孔的水或其他雜質(zhì)被脫除，大量氣體生成，孔徑被騰空，使得比表面積、孔徑及孔容大幅的增加。當(dāng)以浮選尾煤作為吸附劑吸附水中重金屬離子時(shí)，吸附反應(yīng)主要發(fā)生在大孔中。

熱活化-堿激發(fā)法處理后尾煤作為多孔吸附劑吸附水中重金屬離子時(shí)可分為2個(gè)過(guò)程，如圖7所示，分別為：

圖7 尾煤基地聚物吸附過(guò)程Fig.7 Tailcoaladsorbentadsorptionprocess

1)顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，重金屬離子先在孔隙溶液中擴(kuò)散，運(yùn)動(dòng)到孔隙中時(shí)，會(huì)在孔隙內(nèi)表面固-液界面上進(jìn)一步擴(kuò)散。

2)吸附附著，吸附到孔隙結(jié)構(gòu)中的重金屬離子受吸引力作用，與孔隙表面吸附點(diǎn)相結(jié)合。

熱活化-堿激發(fā)法處理后尾煤出現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，增大了比表面積的同時(shí)也增加了孔的體積，這些因素提供了豐富吸附點(diǎn)位，使得重金屬離子的附著作用增強(qiáng)，吸附效果得到明顯提升。

2.3 尾煤基地質(zhì)聚合物對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附行為探討

2.3.1 吸附等溫線

將TGP吸附劑對(duì)Pb(Ⅱ)的等溫吸附結(jié)果分布用Langmuir與Freundlich方程進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)表4與圖8。表4中，qm為吸附劑的飽和吸附容量，mg/L；KL為L(zhǎng)angmuir吸附平衡常數(shù);KF為Freundlich吸附平衡常數(shù)。圖8中，Ce為當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)的溶液中重金屬離子的濃度，mg/L；qe為平衡吸附容量，mg/L。

表4 TGP吸附Pb(Ⅱ)的Langmuir與Freundlich吸附等溫線方程常數(shù)Table 4 Langmuir and Freundlich isotherm constants of Pb (Ⅱ) adsorption on TGP

圖8 TGP吸附Pb(Ⅱ)的Langmuir與Freundlich等溫吸附曲線Fig.8 Langmuir and Freundlich isotherms for Pb (Ⅱ) adsorption by TGP

由圖8可知，TGP吸附劑對(duì)Pb(Ⅱ)吸附反應(yīng)符合Langmuir吸附模型[18]，說(shuō)明TGP吸附劑對(duì)水中Pb(Ⅱ)為單分子層吸附為主，其飽和吸附量為240.32 mg/g。

2.3.2 吸附動(dòng)力學(xué)

TGP吸附劑對(duì)Pb(Ⅱ)吸附進(jìn)行準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)、準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)表5和圖9。

表5 TGP吸附Pb(Ⅱ)的吸附動(dòng)力學(xué)方程常數(shù)Table 5 Adsorption kinetic equation constants of Pb (Ⅱ) on TGP

圖9 TGP吸附Pb(Ⅱ)的吸附動(dòng)力學(xué)方程曲線Fig.9 Adsorption kinetic equation curve of TGP for Pb (Ⅱ)

分析對(duì)比準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)與準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)可知，TGP吸附劑對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，相關(guān)系數(shù)R2大于0.99，說(shuō)明TGP吸附劑對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附更符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)理，主要以化學(xué)吸附為主，物理吸附為輔[19]。

2.3.3 吸附熱力學(xué)

對(duì)TGP吸附Pb(Ⅱ)進(jìn)行吸附熱力學(xué)研究，由公式可得到吸附平衡常數(shù)、吉布斯自由能變?chǔ)、吸附反應(yīng)焓變?chǔ)和熵變?chǔ)[20]，根據(jù)表6可知，Kd值隨著溫度的升高而增大，說(shuō)明TGP對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附是吸熱過(guò)程，從ΔG的變化可知，TGP對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附是自發(fā)過(guò)程，反應(yīng)溫度的升高有利于吸附反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行。

表6 TGP吸附Pb(Ⅱ)的熱力學(xué)參數(shù)Table 6 Thermodynamic parameters of Pb (Ⅱ) adsorption by TGP

3 結(jié) 論

1)以浮選尾煤為原料，采用熱活化-堿激發(fā)法，在不外加硅、鋁源及導(dǎo)向劑的條件下，漿料成分為n(SiO2)∶n(A12O3)=2.78，n(H2O)∶n(Na2O)=9.0，n(Na2O)∶n(SiO2)=0.35，在90 ℃固化36 h的條件下成功合成了TGP。

2)TGP對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附率隨活化溫度的升高先升高后降低，800 ℃熱活化后的TGP對(duì)Pb(Ⅱ)吸附效果最佳，吸附量可以達(dá)到228.57 mg/g，遠(yuǎn)高于原尾煤的吸附量64.48 mg/g；6次使用后TGP的吸附量均最高吸附量的80%以上，800 ℃活化制備的TGP的吸附量可以達(dá)到最高吸附量的86%，說(shuō)明TGP材料吸附性能比較穩(wěn)定，循環(huán)利用性能好。

3)當(dāng)活化溫度在600 ℃以下時(shí)，尾煤中的硅鋁利用率較低，當(dāng)活化溫度達(dá)到600 ℃以上時(shí)，TGP全部轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)物質(zhì)，硅鋁元素得到充分利用；活化溫度為800℃時(shí)合成的TGP比表面積為52.707 m2/g，約是浮選尾煤(5.882 m2/g)的9倍。

4)TGP吸附劑的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程包括初期快速的物理吸附及隨后緩慢的化學(xué)吸附，更符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型；TGP吸附劑對(duì)Pb(Ⅱ)的等溫吸附符合Langmuir模型；TGP對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附是吸熱過(guò)程，TGP對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附是自發(fā)過(guò)程。