煤矸石合成沸石吸附剂及其吸附性能研究

王晓丽，博士，教授，博士研究生导师，内蒙古师范大学化学与环境科学学院化学系主任。全国教育硕士很好教师，国家公派美国马萨诸塞大学访问学者，内蒙古自治区教坛新秀，内蒙古自治区级精品课程负责人，主持国家自然科学基金项目3项，荣获内蒙古青年科技创新奖二等奖。

第1章 煤矸石

 1.1 煤矸石的来源

 1.2 煤矸石的特性

 1.3 煤矸石的组成及分类

 1.4 煤矸石的危害

 1.4.1 对土壤的危害

 1.4.2 对空气的危害

 1.4.3 对水体的危害

 1.5 煤矸石的资源化应用

 1.5.1 煤矸石发电

 1.5.2 煤矸石用作工程填料

 1.5.3 煤矸石制建材

 1.5.4 煤矸石制备肥料

 1.5.5 煤矸石的其他高附加值应用

 1.6 煤矸石的研究现状

 参考文献

 第2章 沸石

 2.1 沸石的定义

 2.2 沸石分子筛的类型与结构

 2.2.1 A型沸石

 2.2.2 X型沸石

 2.3 沸石的主要合成方法

 2.4 沸石的性能

 2.5 沸石的应用

 2.5.1 水处理方面

 2.5.2 空气净化方面

 2.5.3 土壤修复中的应用

 2.6 沸石的研究现状

 参考文献

 第3章 煤矸石合成沸石及其表征

 3.1 煤矸石合成A型沸石及其表征

 3.1.1 内蒙古部分地区煤矸石样品表征分析

 3.1.2 鄂尔多斯地区煤矸石（A样）制备A型沸石实验探究

 3.1.3 乌海地区煤矸石（B样）制备A型沸石实验探究

 3.1.4 乌海地区煤矸石（C样）制备A型沸石实验探究

 3.2 煤矸石合成X型沸石及其表征

 3.2.1 内蒙古部分地区煤矸石样品表征分析

 3.2.2 赤峰地区煤矸石（D样）制备X型沸石实验探究

 3.2.3 呼伦贝尔地区煤矸石（E样）制备X型沸石实验探究

 3.3 煤矸石合成LSX型沸石及其表征

 3.3.1 煤矸石的表征分析

 3.3.2 煤矸石合成LSX型沸石条件的优化

 3.3.3 LSX型沸石的表征分析

 3.3.4 本节小结

 参考文献

 第4章 煤矸石合成沸石的吸附性能及机理探讨

 4.1 A型沸石的吸附性能及机理探讨

 4.1.1 鄂尔多斯煤矸石制备A型沸石对含铅、镉废水的吸附

 4.1.2 乌海地区样品（B样）制备A型沸石对模拟含氟、砷废水的吸附研究

 4.1.3 乌海地区样品（C样）制备A型沸石对模拟含氟、磷废水的吸附研究

 4.2 X型沸石的吸附性能及机理探讨

 4.2.1 煤矸石合成X型沸石对铜、汞离子的吸附研究

 4.2.2 煤矸石合成X型沸石对模拟氨氮、硝态氮废水的吸附性能研究

 4.3 煤矸石合成LSX型沸石的吸附性能及机理探讨

 4.3.1 吸附条件的探究

 4.3.2 吸附动力学的探究

 4.3.3 等温吸附的探究

 4.3.4 再生实验

 4.3.5 本节小结

 参考文献

 第5章 研究结论与展望

 5.1 各地煤矸石合成沸石的研究结论

 5.1.1 合成A型沸石

 5.1.2 合成X型沸石

 5.1.3 合成LSX型沸石

 5.2 研究展望

第1章煤矸石

在当今经济快速发展的时代，人类正面临着日益突出的资源与环境问题。近些年为加快经济发展，煤炭资源从最开始的滥开滥采发展为现在大规模的开采，在带来巨大的经济效益时也造成资源的过度消耗。煤炭是世界上最重要的一次能源之一，我国煤炭储量巨大，现保有储量为19455.34亿吨，已开采利用的约占20.8%，剩余资源量约占79.2%。我国的煤炭资源在地理位置上呈现明显的“西多东少，南贫北富”的状态，煤炭资源主要分布在内蒙古、山西、陕西、云南和贵州等省区。内蒙古自治区地大物博，有着“东林西铁，南粮北牧，遍地是煤”之称（张金山等，2017）。

煤矸石是煤炭开采、洗选过程排放的固体废弃物，其大量堆积会给生态环境带来严重危害。煤矸石的大量堆放不仅侵占农田、耕地面积，还会造成严重的环境污染问题。煤矸石作为废弃能源矿物，具有巨大的潜在利用价值。

BP世界能源统计表明，2020年世界煤炭产量77.4亿吨，中国的煤炭产量占世界产量的50.4%，而煤矸石产量约占煤炭产量的10%。尽管50%～60%的煤矸石用于发电、填埋、筑路、建材，但其堆存量仍很大，近年来堆存量占产生量的比例仍高于35%，这些数据表明，目前煤矸石的资源利用比例仍然较低。

1.1煤矸石的来源

煤矸石是在成煤过程中与煤伴生的一种含碳量低、热值低、硬度大的一种灰黑色岩石，既是一种工业固体废弃物，也是一种低热值燃料（李静等，2017）。煤矸石主要的来源有以下几种：露天煤矿的剥离和巷道掘进过程中产生的矸石，采煤和煤巷掘进过程中产生的普矸，煤炭洗选过程中产生的煤矸石（郭彦霞等，2014）。

1.2煤矸石的特性

煤矸石质地坚硬，具有灰分较高、低碳质成分和热值较低等特点（ZhouCet al.，2014）。煤矸石自身没有活性，但粉末状的煤矸石在高温焙烧后，其中含有的硅铝酸盐等成分发生脱水和吸热反应，脱去含有的碳质，产物表面和内部产生空隙，增大其表面积，且大大增加了其潜在活性（王世林等，2019；陈莉荣等，2014）。由于氧化硅和氧化铝含量较高，所以煤矸石的灰熔点较高，可作为耐火材料，煤研石具有一定的膨胀性、可塑性和收缩性，也具有一定的强度和硬度（杨莎莎等，2017）。

1.3煤矸石的组成及分类

煤矸石是一种沉积岩，主要由碳质页岩、煤炭、泥质页岩及砂岩等组成（梁永生，2019），它的主要矿物成分为高岭石、石英、伊利石、蒙脱石、云母、方解石、长石等。根据其矿物组成可将煤矸石按矿物学分类为黏土矿型（矿物组成为高岭石、砂岩、炭质页岩、蒙脱石、硫铁矿等）、砂岩型（一般含有石英、长石和云母等）、碳酸岩型（一般含有方解石、白云石、菱铁矿等）和铝制岩型（一般含有高铝矿物及石英、褐铁矿、方解石等）（张金山等，2017；岳娟，2010）。

煤矸石的化学组成随产地的不同，其含量和种类略有差异，通常以Al2O3、SiO2为主，并含有不等量的Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、CaO等和微量的U、Ga、Ge、V、Hg、Cr、Sc、Mn、Pb及痕量稀土元素（Ren J et al.,2013;DaiS et al.，2016)。这些都为煤矸石合成沸石吸附剂提供了物质基础。内蒙古不同地区煤矸石的主要化学成分见表1-1。

内蒙古自治区是产煤大省，排放的固体废弃物——煤矸石的堆积给生态环境带来严重危害。以廉价的煤矸石为原料，制备出A型、X型、LSX型沸石吸附剂并进行表征，研究优化条件及合成动力学，探讨影响因素、吸附性能及其机理。本书的研究内容为煤研石沸石吸附剂在废水处理中的应用提供参考，进一步为内蒙古煤矸石资源化充分利用提供理论支持。
 本书可供理、工、农院校和从事化学、固体废弃物再利用及环境保护方面工作的科技人员阅读和参考。