刘博，刘墨祥，陈晓平



用废弃煤矸石制备高比表面积的SiO2-Al2O3二元复合气凝胶

刘博1，刘墨祥2，陈晓平1

（1东南大学能源与环境学院，能源热转换及其过程测控教育部重点实验室，江苏南京 210096；2南京弥新宇材料科技有限公司，江苏南京 210032）

以兖州煤矸石为原料，经过低温焙烧、酸浸除杂、碱熔活化，采用溶胶-凝胶法和真空干燥法制备完整的块状SiO2-Al2O3二元复合气凝胶。通过X射线衍射、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、氮气吸附等检测手段对原料、SiO2-Al2O3气凝胶及其制备过程中得到的中间产物的物理、化学特性进行表征，研究SiO2-Al2O3凝胶的形成机制。实验结果表明，煤矸石经过酸浸除去了大部分的铁、钾、碱土金属等杂质。在经过碱熔活化后，煤矸石主要组分石英和高岭石均转化为非晶态，反应活性提高。制备得到的SiO2-Al2O3气凝胶是以SiOSi、SiOAl网络结构为骨架的非晶态纳米颗粒聚集体，其堆积密度0.37 g·cm-3，比表面积483 m2·g-1，比孔容1.87 cm3·g-1，平均孔径10.29 nm，最可几孔径9.32 nm，具有较好的介孔特征。

氧化硅；氧化铝；废物处理；煤矸石；酸浸；碱熔活化；溶胶-凝胶；气凝胶

引 言

煤矸石是一种与煤层伴生的低含碳量岩石，在煤矿掘进、开采、煤炭洗选等过程中作为固体废弃物排放，其排放量一般为原煤产量的10%～20%，据不完全统计，2013年我国煤矸石年排放量约7.5亿吨，累计堆存量约45亿吨，占地1.5万公顷以上，为我国工业废弃物之首[1-2]。煤矸石露天堆存不仅侵占大量土地，而且会产生扬尘和发生自燃，释放SO2、NO等有害气体污染大气，煤矸石中的有毒重金属元素还会随着雨水淋溶、渗滤而污染水体和土壤，煤矸石山一般为自然堆积，稳定性差，在雨季易引发滑坡、泥石流等地质灾害[3]。……