濕法改性制備高比表面積氫氧化鈣及表征

摘要(yào)：選取内(nei)蒙古清(qīng)水河優(yōu)質石灰(hui)石爲原(yuán)料，經煅(duan)燒和粉(fen)碎，在消(xiao)化過程(chéng)中加入(ru)含羟基(ji)的有機(ji)化合物(wu)，濕法改(gǎi)性制備(bèi)高🏃🏻比表(biao)❗面積氫(qing)氧化鈣(gai)。研究了(le)丙二醇(chun)、三乙醇(chun)胺😘、聚乙(yǐ)二醇（1000）3 種(zhong)改性劑(jì)對氫氧(yang)化鈣比(bǐ)🌈表面積(jī)的🈲影響(xiǎng)。利用😘 X 射(shè)線衍射(she)儀（XRD）、掃描(miao)電鏡（SEM）和(hé)比表面(mian)積分析(xi)儀☁️（BET）表征(zheng)了氫氧(yǎng)化鈣樣(yàng)品的物(wù)相組成(cheng)、顯微結(jie)構和比(bǐ)表面積(ji)。結果表(biao)明：在石(shí)灰消化(hua)過程中(zhong)加入含(han)羟基的(de)有🔅機化(hua)合物可(kě)以增大(dà)氫氧化(hua)鈣的比(bǐ)♋表面積(ji)，制得的(de)氫✊氧化(huà)鈣表面(mian)呈片😘層(céng)🏒狀結構(gòu)；當丙二(er)醇添加(jia)量爲石(shi)灰質量(liàng)的 10%時，制(zhì)得氫氧(yang)化❌鈣比(bǐ)😘表面積(jī)達到 47.415 6 m²/g。
關(guān)鍵詞：氫(qīng)氧化鈣(gài)；濕法；改(gai)性；比表(biǎo)面積

氫(qing)氧化鈣(gài)一般是(shì)由生石(shi)灰與水(shuǐ)消化生(sheng)成的一(yī)種無機(ji)粉體^[1-2]。因(yīn)原料石(shí)灰石分(fen)布廣泛(fan)、合成工(gōng)藝簡單(dan)、價格低(di)廉，氫氧(yang)化鈣被(bèi)廣泛應(yīng)用于建(jian)築、塗料(liào)、水處理(li)、環境污(wū)染控制(zhi)等方面(miàn)^[3-4]。尤其在(zài)逐漸成(cheng)熟的幹(gàn)法和半(ban)幹法煙(yan)氣脫硫(liú)中^[5]，氫氧(yang)化鈣作(zuò)爲最常(chang)用的吸(xī)收劑，其(qi)性能的(de)優劣直(zhí)接影☁️響(xiang)脫硫效(xiao)果^[6-8]。氫氧(yang)化鈣淨(jing)化煙氣(qì)過程一(yī)般是利(li)用煙氣(qi)中的酸(suan)性氣體(tǐ)與🌈氫氧(yang)化鈣進(jìn)行氣固(gu)接觸導(dǎo)緻的酸(suān)堿反應(ying)或相關(guān)吸附，決(jue)定✨反應(yīng)的一個(ge)重要因(yīn)素就是(shì)固體的(de)比表面(miàn)積^[9-10]，因此(cǐ)制備高(gao)比表面(mian)積的氫(qing)氧化鈣(gai)對煙氣(qi)淨化及(jí)⚽相關方(fang)面的💋應(yīng)用至關(guan)重要。氫(qing)氧化鈣(gài)是具有(yǒu)極性的(de)無機化(hua)合物☂️，對(duì)氫氧化(huà)鈣進行(hang)表面改(gǎi)性可以(yi)利用含(hán)羟基的(de)有機化(huà)合物^[11]。筆(bǐ)者通過(guo)加入含(hán)羟基的(de)有機改(gai)性劑濕(shi)法制備(bèi)氫氧化(huà)鈣🙇‍♀️，考察(cha)了聚乙(yǐ)二醇（1000）、丙(bǐng)二醇和(he)三乙醇(chún)胺對氫(qing)氧化鈣(gai)比🐇表面(miàn)積的影(yǐng)響，比較(jiào)了不同(tóng)改性劑(jì)在不♉同(tóng)投入量(liàng)下制得(de)氫氧化(hua)鈣的比(bi)表面積(jī)，制備出(chu)分散性(xìng)好、比表(biǎo)面積大(dà)的氫氧(yǎng)化鈣^[7]。

1 實(shi)驗部分(fèn)

1.1 原料與(yǔ)試劑

石(shí)灰石選(xuan)自内蒙(meng)古清水(shuǐ)河暖泉(quan)地區寒(han)武系地(dì)層^[12-13]，主要(yao)化學成(chéng)分見表(biǎo)1。丙二醇(chun)、三乙醇(chun)胺、聚乙(yǐ)二醇（1000）、鹽(yán)酸和蔗(zhè)糖🔞均爲(wei)分析純(chun)。

1.2 儀器設(she)備

箱式(shì)電阻爐(lú)；真空幹(gan)燥箱；數(shù)顯恒速(sù)攪拌器(qì)；電子恒(héng)溫水浴(yù)鍋；微🏃型(xing)粉碎機(jī)；D8型XRD儀；S-4800型(xing)FE-SEM；3H-2000PS1/2型靜态(tai)容量法(fǎ)比表面(mian)積及孔(kong)徑分析(xi)測試儀(yí)。

1.3 實驗方(fang)法

1.3.1 石灰(huī)石煅燒(shao)

将石灰(huī)石制成(chéng)5~50mm顆粒，置(zhì)于電阻(zǔ)爐中于(yú)1100℃煅燒10~15min，然(ran)後自🚶‍♀️然(ran)冷卻至(zhi)🧡室溫。

1.3.2 石(shí)灰活性(xìng)度和有(yǒu)效鈣含(han)量測定(ding)

将生石(shi)灰制成(cheng)1~5mm顆粒，測(ce)定其活(huó)性度和(he)有效鈣(gài)含量。測(ce)🔴試石❄️灰(huī)活🈲性度(du)參照YB/T 105－2005《冶(yě)金石灰(huī)物理檢(jian)驗方法(fǎ)》。取👄石灰(hui)50g，倒入☁️2L 40℃水(shuǐ)中，以酚(fēn)🐪酞爲指(zhi)示劑，用(yòng)4mol/L鹽酸滴(dī)定，直到(dào)紅色消(xiāo)失，記錄(lu)從滴定(ding)開始到(dào)第10min時消(xiāo)🏃‍♂️耗鹽酸(suan)體積即(ji)爲石灰(huī)活性度(du)^[13]。石灰有(yǒu)效鈣含(han)量測定(ding)采用經(jīng)典蔗糖(táng)鹽酸滴(dī)定法。取(qu)石灰😍0.4~0.5g，置(zhì)于250mL錐形(xíng)瓶中，加(jiā)入4g蔗糖(táng)覆蓋在(zai)石灰上(shàng)，加入煮(zhǔ)沸并🏒已(yi)冷卻的(de)蒸餾水(shuǐ)40mL，密閉，用(yòng)磁力攪(jiǎo)拌器攪(jiǎo)🔴拌15min，以酚(fen)酞爲指(zhi)示劑，用(yong)0.5mol/L鹽酸滴(dī)定，控制(zhi)滴定速(su)度爲✨2~3滴(di)/s，至溶液(ye)中紅色(sè)消♻️失，保(bao)持30s不變(biàn)色^[14]。石灰(huī)有效鈣(gai)含量計(ji)算公式(shì)：

w（CaO）=0.0005cVM/m×100%

式中：M爲(wèi)氧化鈣(gài)摩爾質(zhì)量（g/mol）；c爲鹽(yan)酸标準(zhǔn)溶液濃(nóng)度（mol/L）；V爲消(xiao)耗鹽酸(suan)标準溶(rong)液體積(ji)（mL）；m爲石灰(huī)樣品質(zhì)量（g）。

1.3.3 石灰(hui)消化

水(shuǐ)浴溫度(dù)控制爲(wei)80℃，稱取20g石(shí)灰，倒入(ru)盛有100mL 80℃蒸(zhēng)餾水的(de)燒🔴杯中(zhong)，加入不(bu)同質量(liang)的丙二(èr)醇、三乙(yǐ)醇胺、聚(jù)乙二醇(chún)（1000），以300r/min轉速(sù)攪拌1h，陳(chen)化4h，在105℃真(zhēn)空幹燥(zào)箱中烘(hōng)幹。

2.1 石灰石(shi)物相分(fèn)析

圖1 石(shí)灰石XRD譜(pǔ)圖

2.2 煅燒(shao)後生石(shí)灰樣品(pin)分析

圖(tu)2 爲煅燒(shao)後生石(shi)灰XRD譜圖(tu)。由圖2看(kàn)出，生石(shí)灰特征(zhēng)衍射峰(feng)與CaO标準(zhǔn)特征衍(yǎn)射峰基(ji)本一緻(zhi)，說明生(shēng)石灰中(zhōng)主要成(chéng)分爲CaO。經(jing)分析，生(shēng)石灰活(huo)性度爲(wei)408.7mL，有效鈣(gai)含量爲(wei)92.25%。生石灰(hui)活性度(du)和有效(xiao)鈣含🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量(liàng)都較高(gāo)，證明其(qí)品💞質優(you)良。

2.3 改性(xìng)劑類型(xíng)對氫氧(yang)化鈣比(bi)表面積(jī)的影響(xiǎng)

丙二醇(chún)、三乙醇(chun)胺、聚乙(yi)二醇（1000）添(tian)加量分(fen)别爲5%和(hé)10%，改性劑(ji)對氫氧(yǎng)化鈣比(bi)表面積(jī)的影響(xiǎng)見表2。由(yóu)表2看出(chu)，添加丙(bǐng)二醇✏️和(hé)三乙醇(chún)胺制得(dé)氫氧化(hua)鈣比表(biǎo)面積比(bǐ)未加改(gai)性劑時(shí)㊙️大，而添(tian)加聚乙(yi)二醇（1000）制(zhì)得氫氧(yǎng)化鈣♍比(bi)表面積(ji)比未加(jia)改性劑(jì)時小🔆。以(yǐ)丙二醇(chun)的改性(xing)效🏃‍♀️果最(zui)好。

表2 改(gǎi)性劑類(lèi)型對氫(qing)氧化鈣(gài)比表面(mian)積的影(yǐng)響

2.4 改性(xing)劑用量(liang)對氫氧(yang)化鈣比(bi)表面積(jī)的影響(xiǎng)

以丙二(er)醇和三(sān)乙醇胺(àn)爲改性(xìng)劑，考察(cha)改性劑(jì)用量對(duì)🌂氫氧化(hua)鈣比表(biǎo)面積的(de)影響，結(jie)果見圖(tu)3。由圖3看(kan)出♌，當丙(bing)二醇🌂用(yong)量爲樣(yàng)品質量(liang)的10%時，氫(qīng)氧化鈣(gài)比表面(miàn)積最大(da)，達到47.4156m²/g；當(dāng)三乙醇(chún)🧡胺用量(liàng)爲樣品(pǐn)質量的(de)5%時，氫㊙️氧(yang)化鈣比(bǐ)❓表面積(ji)爲44.4442m²/g，效果(guǒ)非常理(li)想。

2.5 氫氧(yang)化鈣樣(yang)品物相(xiang)分析

圖(tú)4 氫氧化(huà)鈣樣品(pin)XRD譜圖。由(yóu)圖4看出(chū)，氫氧化(hua)鈣樣品(pin)特💋征🛀衍(yǎn)射峰與(yu)🔴氫氧化(huà)鈣标準(zhun)衍射峰(feng)基本一(yī)緻，說明(ming)🔴石灰消(xiāo)化生成(chéng)🚩的物質(zhì)主🔞要爲(wei)氫氧化(huà)鈣。

圖4 氫(qīng)氧化鈣(gài)樣品XRD譜(pu)圖

2.6 氫氧(yang)化鈣樣(yang)品微觀(guan)形貌分(fèn)析

圖5 爲(wei)不加改(gai)性劑制(zhi)得氫氧(yǎng)化鈣樣(yang)品SEM照片(pian)。圖6爲添(tian)加丙🔅二(èr)🔱醇🚶（用🚩量(liàng)10%）制得氫(qīng)氧化鈣(gài)樣品SEM照(zhào)片。

圖5 不(bu)加改性(xìng)劑制得(dé)氫氧化(hua)鈣樣品(pǐn)SEM照片

圖(tú)6 添加10%丙(bing)二醇制(zhì)得氫氧(yǎng)化鈣樣(yang)品SEM照片(piàn)

對比圖(tú)5和圖6可(kě)以看出(chū)，加入改(gai)性劑制(zhì)得的氫(qing)氧化鈣(gai)⛹🏻‍♀️晶粒較(jiào)☂️小，晶粒(li)之間有(you)較多微(wēi)孔且分(fen)布相對(duì)均勻，表(biao)面呈⁉️片(piàn)層狀結(jie)構且分(fèn)層特别(bié)明顯。這(zhè)些微孔(kǒng)和片層(céng)提供了(le)較大的(de)比表面(mian)積，使氫(qing)氧化鈣(gai)表面整(zhěng)體呈現(xiàn)一個多(duo)孔隙、大(dà)比表面(miàn)積的結(jie)構。

3 結論(lun)

以高活(huo)性度和(he)高有效(xiào)鈣含量(liang)石灰爲(wèi)原料濕(shi)法消化(hua)制備氫(qīng)氧化鈣(gài)時，加入(rù)丙二醇(chún)和三乙(yǐ)醇胺可(kě)以增大(da)☂️氫氧✂️化(huà)鈣比表(biǎo)面積。當(dāng)丙二醇(chun)添加量(liàng)爲石灰(huī)㊙️質量的(de)10%時，氫氧(yǎng)化鈣比(bi)表面積(ji)達到47.4156m²/g；當(dāng)🚩三乙醇(chun)胺添加(jiā)量爲石(shi)灰質量(liàng)的5%時，氫(qing)氧化💃🏻鈣(gai)比表面(miàn)積達到(dào)44.4442m²/g。制備的(de)氫氧化(huà)鈣表面(mian)呈片層(céng)狀結構(gòu)，晶粒之(zhī)間均勻(yun)⁉️分布大(dà)量微孔(kǒng)。

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收稿日(rì)期：2025-12-13
作者(zhě)簡介：郝(hao)志飛（1990— ），男(nan)，在讀碩(shuo)士，研究(jiū)方向爲(wèi)煤基固(gu)🌐廢高值(zhi)化利用(yòng)。
通訊作(zuò)者：張印(yìn)民
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