[发明专利]一种改性煤矸石制备γ- Al2O3纳米片的方法

说明书

本发明属于煤矸石的精细化综合利用制备无机纳米材料领域，具体是一种改性煤矸石制备γ‑Al₂O₃纳米片的方法。包括煤矸石和ZnCl₂的混合改性活化、工业废酸酸浸、净化除杂、超声搅拌。利用上述方法制备所需的氧化铝来自于煤矸石，无需使用工业原料，可使其生产成本得到有效降低。该方法原料易得、成本低廉、安全环保，可以做到废弃物的多级利用和高附加值利用，符合现代绿色化工的要求。以改性煤矸石制备γ‑Al₂O₃纳米片的方法是一种经济效益高、资源利用率高且环境友好型的优良方法。

技术领域

本发明属于煤矸石的精细化综合利用制备无机纳米材料领域，具体是一种改性煤矸石制备γ- Al₂O₃纳米片的方法。

背景技术

煤矸石是煤炭采掘、洗选过程中产生的固体废物，是煤的共生资源，其产量约占煤炭开采量的 10 % ~ 30 %，其主要成分是氧化铝和二氧化硅，约占灰渣质量的 85 % 以上，是一种潜在的铝硅资源。目前，我国煤矸石的利用途径主要都是粗放式的直接利用，除少量在水泥、烧结砖、陶粒、井下充填领域得到利用外，大部分以堆存为主，既占用大量耕地，又对环境造成污染。因此，开发煤矸石资源化综合利用技术，尤其是高附加值深加工技术，对于环境保护和经济的可持续发展，都具有重要的意义。

在相关的化工生产中，蒸汽锅炉产生废弃的高温蒸汽含有较高的热量，没有得到有效的利用，直接通过凉水塔带走蒸发潜热或直接处理排放，都会造成能量的浪费。另外，整个化学工艺流程中经常会产生大量的废酸溶液，特点是浓度较低、含杂离子多、纯度不高、易造成环境的二次污染。

近些年来，纳米材料得到了蓬勃发展，因形状的特殊性而具有优异的物理、化学特性。固体材料的超微化产生的四大效应即小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应，使其具有不同于传统材料的宏观性质，导致纳米材料的研究一直是当今世界的热点。作为纳米材料的形态中的一种，纳米片是一种厚度在1 ~ 100 纳米之间的二维纳米结构，根据原材料性质的不同而用于诸多领域。

氧化铝由于具有高的比表面积、高的稳定性和机械模量等特点而被广泛的应用于吸附剂、催化剂、催化剂载体等领域。但是，由于氧化铝吸附材料的吸附性能与其颗粒的微观形貌息息相关，近年来有关各种微观形貌氧化铝纳米材料的研究受到普遍关注。这些具有独特微观形貌的纳米结构材料均表现出与其微观形貌相关的优异吸附性能。

由于γ- Al₂O₃纳米片的厚度在纳米级，直径为微米级，具有特有的二维形貌。其表面原子所占比例很高且比表面积大，高比表面积和原子配位不全带来的高表面能导致表面活性位置增加，很容易吸附物质与周围的物质反应。

随着工业的发展和工业化程度的提升，世界各国的水体都出现了不同程度的污染，世界性的水资源匮乏危机日益严重，水污染严重程度及危害日益加深。如何提高废水深度处理的效率，缓解水资源紧张状况已成为当今水处理领域研究的重要课题。

如果能有效地分离并提纯出煤矸石中的Al₂O₃，将其作为原料，制备γ- Al₂O₃纳米片高值化产品，作为吸附性能优良的吸附剂（催化剂），应用于废水中有机污染物的吸附催化处理，这样既解决了煤矸石大量堆积导致的土地占用问题，也解决了煤矸石对生态环境和威胁人类健康的问题，同时还解决了废水排放的污染问题，实现变废为宝、变害为利的有效举措。

迄今尚未见有用煤矸石为原料，进行改性活化，制备γ- Al₂O₃纳米片方法的相关报导。由此可见，研究一种原料易得、操作简单、设备要求较低、能耗和成本低、环境友好的改性煤矸石制备γ- Al₂O₃纳米片方法是必要的。

发明内容