濕法(fa)改性(xing)制備(bei)高比(bi)表面(mian)積氫(qing)氧化(hua)鈣及(ji)表征(zheng)

摘(zhai) 要：選(xuan)取内(nei)蒙古(gu)清水(shui)河優(you)質石(shi)灰石(shi)爲原(yuan)料，經(jing)煅燒(shao)和粉(fen)碎，在(zai)消化(hua)過程(cheng)中加(jia)入含(han)羟基(ji)的有(you)機化(hua)合物(wu)，濕法(fa)改性(xing)制備(bei)高比(bi)表👽面(mian)積氫(qing)氧化(hua)鈣。研(yan)究了(le)丙二(er)醇、三(san)乙醇(chun)胺、聚(ju)乙二(er)醇（1000）3 種(zhong)改性(xing)劑對(dui)氫氧(yang)化鈣(gai)比表(biao)面積(ji)的影(ying)響。利(li)用 X 射(she)線衍(yan)射儀(yi)（XRD）、掃描(miao)電鏡(jing)（SEM）和比(bi)表🧑🏾‍🎄面(mian)積分(fen)析儀(yi)（BET）表征(zheng)了氫(qing)氧化(hua)鈣樣(yang)品的(de)物相(xiang)組成(cheng)、顯微(wei)結構(gou)和比(bi)表面(mian)積。結(jie)果表(biao)明：在(zai)石灰(hui)消化(hua)過程(cheng)中加(jia)入含(han)羟基(ji)的有(you)機化(hua)合物(wu)可以(yi)增大(da)氫氧(yang)化鈣(gai)的比(bi)表面(mian)積，制(zhi)得的(de)氫氧(yang)化鈣(gai)表面(mian)呈片(pian)層狀(zhuang)結構(gou)；當丙(bing)二醇(chun)添加(jia)量爲(wei)石灰(hui)質量(liang)的👨‍🦰 10%時(shi)，制得(de)氫氧(yang)化鈣(gai)比表(biao)面積(ji)達到(dao) 47.415 6 m²/g。
關鍵(jian)詞：氫(qing)氧化(hua)鈣；濕(shi)法；改(gai)性；比(bi)表面(mian)積

氫(qing)氧化(hua)鈣一(yi)般是(shi)由生(sheng)石灰(hui)與水(shui)消化(hua)生成(cheng)的一(yi)種無(wu)機粉(fen)體^[1-2] 。因(yin)原料(liao)石灰(hui)石分(fen)布廣(guang)泛、合(he)成工(gong)藝簡(jian)單、價(jia)格低(di)廉…，氫(qing)氧化(hua)鈣👿被(bei)廣泛(fan)應用(yong)于建(jian)築、塗(tu)料、水(shui)處理(li)、環境(jing)污染(ran)控制(zhi)等🏃🏿‍♀️‍➡️方(fang)面^[3-4] 。尤(you)其在(zai)逐漸(jian)成熟(shu)的幹(gan)法和(he)半幹(gan)法煙(yan)氣脫(tuo)硫中(zhong)^[5] ，氫氧(yang)化鈣(gai)作爲(wei)最常(chang)用的(de)吸收(shou)劑，其(qi)性能(neng)的優(you)劣直(zhi)接影(ying)響脫(tuo)硫效(xiao)果^[6-8] 。氫(qing)氧化(hua)鈣淨(jing)化煙(yan)氣過(guo)程一(yi)般是(shi)利用(yong)煙氣(qi)中的(de)酸性(xing)^氣體(ti)與氫(qing)氧化(hua)鈣進(jin)行氣(qi)固接(jie)觸導(dao)緻的(de)酸堿(jian)反應(ying)或相(xiang)關吸(xi)附，決(jue)定反(fan)應的(de)一個(ge)重要(yao)因素(su)就是(shi)固體(ti)的比(bi)🚶🏾‍♀️‍➡️表面(mian)積^[9-10] ，因(yin)此制(zhi)備高(gao)比表(biao)面積(ji)的氫(qing)氧化(hua)鈣對(dui)煙氣(qi)淨化(hua)及相(xiang)關方(fang)面的(de)應用(yong)至關(guan)重要(yao)。氫氧(yang)化鈣(gai)是具(ju)有極(ji)性的(de)無機(ji)化合(he)物，對(dui)氫氧(yang)化鈣(gai)進行(hang)表面(mian)改性(xing)可以(yi)利用(yong)含羟(qiang)基的(de)有機(ji)化合(he)物^[11] 。筆(bi)者通(tong)過加(jia)入含(han)羟基(ji)的有(you)機改(gai)性劑(ji)濕法(fa)制備(bei)氫氧(yang)化鈣(gai)♌️，考察(cha)👀了聚(ju)乙二(er)醇（1000）、丙(bing)二醇(chun)和三(san)乙醇(chun)胺對(dui)氫😸氧(yang)化鈣(gai)比表(biao)面積(ji)的🧛🏽影(ying)響，比(bi)較了(le)不同(tong)改性(xing)劑在(zai)不同(tong)投入(ru)量下(xia)制得(de)氫氧(yang)化鈣(gai)的比(bi)表面(mian)積，制(zhi)備出(chu)分散(san)性好(hao)、比表(biao)面積(ji)大的(de)氫氧(yang)化鈣(gai)^[7] 。

1 實驗(yan)部分(fen)

1.1 原料(liao)與試(shi)劑

石(shi)灰石(shi)選自(zi)内蒙(meng)古清(qing)水河(he)暖泉(quan)地區(qu)寒武(wu)系地(di)層^[11-23] ，主(zhu)要化(hua)學成(cheng)分見(jian)表1。丙(bing)二醇(chun)、三乙(yi)醇胺(an)、聚乙(yi)二醇(chun)（1000）、鹽酸(suan)和蔗(zhe)糖均(jun)爲分(fen)析純(chun)。

1.2 儀器(qi)設備(bei)

箱式(shi)電阻(zu)爐；真(zhen)空幹(gan)燥箱(xiang)；數顯(xian)恒速(su)攪拌(ban)器；電(dian)子恒(heng)溫😁水(shui)浴鍋(guo)；微型(xing)粉碎(sui)機；D8型(xing)XRD儀；S-4800型(xing)FE-SEM；3H-2000PS1/2型靜(jing)态容(rong)量法(fa)比表(biao)面積(ji)及孔(kong)🎅🏿徑分(fen)🥑️析測(ce)試儀(yi)。

1.3 實驗(yan)方法(fa)

1.3.1 石灰(hui)石煅(duan)燒

将(jiang)石灰(hui)石制(zhi)成5~50mm顆(ke)粒，置(zhi)于電(dian)阻爐(lu)中于(yu)1100℃煅燒(shao)10~15min，然後(hou)自然(ran)冷👩🏿‍❤️‍💋‍👨🏽卻(que)至室(shi)溫。

1.3.2 石(shi)灰活(huo)性度(du)和有(you)效鈣(gai)含量(liang)測定(ding)

将生(sheng)石灰(hui)制成(cheng)1~5mm顆粒(li)，測定(ding)其活(huo)性度(du)和有(you)效鈣(gai)含量(liang)。測試(shi)石灰(hui)活性(xing)度參(can)照YB/T 105－2005《冶(ye)金石(shi)灰物(wu)理檢(jian)驗方(fang)法》。取(qu)石灰(hui)50g，倒入(ru)2L 40℃水中(zhong)，以酚(fen)酞爲(wei)指示(shi)劑，用(yong)4mol/L鹽酸(suan)滴定(ding)，直到(dao)紅色(se)消失(shi)，記錄(lu)從滴(di)定開(kai)始到(dao)第10min時(shi)消耗(hao)鹽酸(suan)體積(ji)即爲(wei)石灰(hui)活性(xing)度^[13] 。石(shi)灰有(you)效鈣(gai)含量(liang)測定(ding)采用(yong)經典(dian)蔗糖(tang)鹽酸(suan)滴定(ding)法👯🏾‍♂️。取(qu)石🧑🏽‍🎄灰(hui)0.4~0.5g，置🙆🏿于(yu)250mL錐形(xing)瓶中(zhong)，加入(ru)4g蔗糖(tang)覆蓋(gai)在石(shi)灰上(shang)，加入(ru)煮💔沸(fei)并已(yi)冷卻(que)的蒸(zheng)餾水(shui)40mL，密閉(bi)，用磁(ci)力攪(jiao)拌器(qi)攪拌(ban)15min，以酚(fen)酞爲(wei)指示(shi)劑，用(yong)🤶🏾0.5mol/L鹽酸(suan)滴定(ding)，控制(zhi)滴定(ding)速度(du)爲2~3滴(di)/s，至溶(rong)液中(zhong)紅色(se)消🏃🏻‍♀️失(shi)，保持(chi)30s不變(bian)色^[14] 。石(shi)灰有(you)效鈣(gai)含量(liang)計算(suan)公式(shi)：

w（CaO）=0.0005cVM/m×100%

式中(zhong)：M爲氧(yang)化鈣(gai)摩爾(er)質量(liang)（g/mol）；c爲鹽(yan)酸标(biao)準溶(rong)液濃(nong)度（mol/L）；V爲(wei)消🏃🏿‍♀️‍➡️耗(hao)鹽酸(suan)标準(zhun)溶液(ye)體積(ji)（mL）；m爲石(shi)灰樣(yang)品質(zhi)量（g）。

1.3.3 石(shi)灰消(xiao)化

水(shui)浴溫(wen)度控(kong)制爲(wei)80℃，稱取(qu)20g石灰(hui)，倒入(ru)盛有(you)100mL 80℃蒸餾(liu)水的(de)燒杯(bei)✡️中🚶🏾‍♀️‍➡️，加(jia)入不(bu)同質(zhi)量的(de)丙二(er)醇、三(san)乙醇(chun)胺、聚(ju)乙二(er)醇（1000），以(yi)300r/min轉😵‍💫速(su)攪拌(ban)1h，陳化(hua)4h，在105℃真(zhen)空幹(gan)燥箱(xiang)中烘(hong)幹。

2 結(jie)果與(yu)分析(xi)

2.1 石灰(hui)石物(wu)相分(fen)析

圖(tu)1 爲石(shi)灰石(shi)XRD譜圖(tu)。由圖(tu)1看出(chu)，石灰(hui)石特(te)征衍(yan)射峰(feng)與👨‍🦰方(fang)解🏃🏿‍♀️‍➡️石(shi)中CaCO3标(biao)👾準衍(yan)射特(te)征峰(feng)基本(ben)一緻(zhi)，說明(ming)石灰(hui)石主(zhu)要成(cheng)分爲(wei)CaCO3。

圖1 石(shi)灰石(shi)XRD譜圖(tu)

2.2 煅燒(shao)後生(sheng)石灰(hui)樣品(pin)分析(xi)

圖2 爲(wei)煅燒(shao)後生(sheng)石灰(hui)XRD譜圖(tu)。由圖(tu)2看出(chu)，生石(shi)灰特(te)征衍(yan)射🧛🏾‍♀️峰(feng)與👀CaO标(biao)準特(te)征衍(yan)射峰(feng)基本(ben)一緻(zhi)，說明(ming)生石(shi)灰中(zhong)主要(yao)成分(fen)爲CaO。經(jing)分析(xi)，生石(shi)灰活(huo)性度(du)爲408.7mL，有(you)效鈣(gai)含量(liang)爲92.25%。生(sheng)石⛹🏻‍♂️灰(hui)活性(xing)度和(he)有效(xiao)鈣含(han)🏃🏿‍♀️‍➡️量都(dou)較💔高(gao)，證明(ming)其品(pin)質優(you)良。

2.3 改(gai)性劑(ji)類型(xing)對氫(qing)氧化(hua)鈣比(bi)表面(mian)積的(de)影響(xiang)

丙二(er)醇、三(san)乙醇(chun)胺、聚(ju)乙二(er)醇（1000）添(tian)加量(liang)分别(bie)爲5%和(he)10%，改性(xing)劑🎅🏿對(dui)氫氧(yang)化鈣(gai)比表(biao)面積(ji)的影(ying)響見(jian)表2。由(you)表2看(kan)出，添(tian)加丙(bing)🧛🏾‍♀️二醇(chun)和三(san)乙醇(chun)胺制(zhi)👩🏼‍❤️‍👨🏾得氫(qing)氧化(hua)鈣比(bi)表面(mian)積比(bi)未加(jia)改性(xing)劑時(shi)大，而(er)添加(jia)聚乙(yi)二醇(chun)（1000）制得(de)氫氧(yang)化鈣(gai)比表(biao)面積(ji)⛹🏻‍♂️比未(wei)加改(gai)性劑(ji)時小(xiao)。以丙(bing)二醇(chun)的改(gai)性效(xiao)👧🏾果最(zui)好。

表(biao)2 改性(xing)劑類(lei)型對(dui)氫氧(yang)化鈣(gai)比表(biao)面積(ji)的影(ying)響

2.4 改(gai)性劑(ji)用量(liang)對氫(qing)氧化(hua)鈣比(bi)表面(mian)積的(de)影響(xiang)

以丙(bing)二醇(chun)和三(san)乙醇(chun)胺爲(wei)改性(xing)劑，考(kao)察改(gai)性劑(ji)用量(liang)對氫(qing)😌氧化(hua)鈣😜比(bi)表面(mian)積的(de)影響(xiang)，結果(guo)見圖(tu)3。由圖(tu)3看出(chu)，當丙(bing)二醇(chun)用量(liang)爲樣(yang)品質(zhi)🏃🏿‍♀️‍➡️量的(de)10%時，氫(qing)氧化(hua)鈣比(bi)表面(mian)積最(zui)大，達(da)到47.4156m²/g；當(dang)三乙(yi)醇胺(an)用量(liang)爲樣(yang)品😸質(zhi)量的(de)5%時，氫(qing)氧化(hua)鈣比(bi)表面(mian)積爲(wei)🚶🏾‍♀️‍➡️44.4442m²/g，效果(guo)非常(chang)理想(xiang)。

2.5 氫氧(yang)化鈣(gai)樣品(pin)物相(xiang)分析(xi)

圖4 氫(qing)氧化(hua)鈣樣(yang)品XRD譜(pu)圖。由(you)圖4看(kan)出，氫(qing)氧化(hua)鈣樣(yang)品特(te)征衍(yan)射峰(feng)🧑🏽‍🎄與氫(qing)氧化(hua)鈣标(biao)準衍(yan)射峰(feng)基本(ben)一緻(zhi)，說明(ming)石灰(hui)消化(hua)生成(cheng)的物(wu)質主(zhu)要爲(wei)氫氧(yang)化鈣(gai)。

圖4 氫(qing)氧化(hua)鈣樣(yang)品XRD譜(pu)圖

2.6 氫(qing)氧化(hua)鈣樣(yang)品微(wei)觀形(xing)貌分(fen)析

圖(tu)5 爲不(bu)加改(gai)性劑(ji)制得(de)氫氧(yang)化鈣(gai)樣品(pin)SEM照片(pian)。圖6爲(wei)添加(jia)丙二(er)醇（用(yong)ˇ量10%）制(zhi)得氫(qing)氧化(hua)鈣樣(yang)品SEM照(zhao)片。

圖(tu)5 不加(jia)改性(xing)劑制(zhi)得氫(qing)氧化(hua)鈣樣(yang)品SEM照(zhao)片

圖(tu)6 添加(jia)10%丙二(er)醇制(zhi)得氫(qing)氧化(hua)鈣樣(yang)品SEM照(zhao)片

對(dui)比圖(tu)5和圖(tu)6可以(yi)看出(chu)，加入(ru)改性(xing)劑制(zhi)得的(de)氫氧(yang)化鈣(gai)晶粒(li)較小(xiao)，晶粒(li)之間(jian)有較(jiao)多微(wei)孔且(qie)分布(bu)相對(dui)均勻(yun)，表面(mian)呈片(pian)層狀(zhuang)結構(gou)且分(fen)層特(te)别明(ming)顯。這(zhe)些微(wei)孔和(he)片層(ceng)提供(gong)了較(jiao)大的(de)比表(biao)面積(ji)，使氫(qing)氧化(hua)鈣表(biao)面👋整(zheng)體呈(cheng)現一(yi)個多(duo)孔隙(xi)、大比(bi)表面(mian)積的(de)結💯構(gou)。

3 結論(lun)

以高(gao)活性(xing)度和(he)高有(you)效鈣(gai)含量(liang)石灰(hui)爲原(yuan)料濕(shi)法消(xiao)😁化制(zhi)備氫(qing)⛹🏻‍♀️氧化(hua)鈣時(shi)，加入(ru)丙二(er)醇和(he)三乙(yi)醇胺(an)可以(yi)增大(da)氫氧(yang)化鈣(gai)比表(biao)面積(ji)。當丙(bing)二醇(chun)添加(jia)量爲(wei)石灰(hui)質量(liang)的🧜🏼‍♀️10%時(shi)，氫氧(yang)化鈣(gai)比表(biao)面積(ji)達到(dao)47.4156m²/g；當三(san)乙醇(chun)胺添(tian)加量(liang)爲石(shi)灰質(zhi)量的(de)5%時，氫(qing)氧化(hua)鈣比(bi)表面(mian)積達(da)到44.4442m²/g。制(zhi)備的(de)氫氧(yang)化鈣(gai)表面(mian)呈片(pian)層狀(zhuang)結構(gou)，晶粒(li)之間(jian)均勻(yun)分布(bu)大量(liang)微孔(kong)。

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收稿(gao)日期(qi)：2025-11-23
作者(zhe)簡介(jie)：郝志(zhi)飛（1990— ），男(nan)，在讀(du)碩士(shi)，研究(jiu)方向(xiang)爲煤(mei)基固(gu)廢高(gao)值化(hua)😌利用(yong)。
通訊(xun)作者(zhe)：張印(yin)民
聯(lian)系方(fang)式：