(2)粉煤灰的改性方法

粉煤灰在形成过程中，由于部分气体逸出而具有开放性孔穴，表面呈蜂窝状；部分气体未逸出被裹在颗粒内形成封闭性孔穴，内部也呈蜂窝状。前者由于孔穴暴露在表面，具有吸附性能；后者的吸附性能则很小，需用物理或化学方法打开封闭的孔穴，以提高其孔隙率及比表面积。化学改性不但能打开孔穴，还能通过酸碱的作用使之生成大量新的微细小孔，增加比表面积和孔隙率，处理废水的效果也将大幅提高。粉煤灰的改性方法目前采用较多的有如下几种。

①酸改性原粉煤灰颗粒，其表面比较光滑致密，经酸处理后的粉煤灰颗粒表面变得粗糙，形成许多凹槽和孔洞，增大了颗粒的比表面积。吸附剂比表面积越大，吸附效果越好，因此经酸改性的粉煤灰的吸附能力较原始粉煤灰增强，而且经酸改性处理后的粉煤灰释放出大量的Al³⁺、Fe³⁺和H₂SiO₃等成分，Al³⁺、Fe³⁺可起絮凝沉降作用，H₂SiO₃可捕收悬浮颗粒，起混凝吸附架桥作用。几种作用综合使酸改性后的粉煤灰去除污染物性能增强。常用的酸有HCl、H₂SO₄、HNO₃等，其中HCI对粉煤灰中Fe³⁺的浸出效果较好，H₂SO₄对粉煤灰中Al³⁺的浸出效果较好。经酸改性后粉煤灰的比表面积普遍增大。

②碱改性碱类物质对硅酸盐玻璃网络具有直接的破坏作用，所以碱溶液对粉煤灰具有很强的作用。影响粉煤灰碱性激发的因素很多，其中起主要作用的有：碱的种类、pH值、温度、粉煤灰结构与表面状态等。一般说来，碱性越强，pH值越高、温度越高，激发作用越强；而网络聚合度高，网络连接程度越高，破坏网络所需要的能量就越大，碱激发作用越困难，需要时间也越长。碱改性粉煤灰时采用的改性物质为碱金属溶液，通常为NaOH、CaO、Na₂CO₃溶液。碱改性可用三种方法：一是将粉煤灰原灰与碱溶液在一定温度下混合改性；二是将粉煤灰预处理后与碱溶液混合；三是将粉煤灰与碱焙烧熔融，使粉煤灰颗粒转化为硅酸盐和铝酸盐。粉煤灰可通过酸洗或磁选预处理，去除一些对改性不利的铁和碱金属氧化物，还可焙烧去除有机物。

③盐改性采用氯化钙、氯化钾和氯化铁分别对NaOH改性后的粉煤灰进行离子交换，分别得到了钙、钾和铁改性的粉煤灰。用其处理印染废水，结果表明，改性后的粉煤灰脱色率为71.0%～99.4%，COD除去率为66.3%～81.9%，其中钙改性粉煤灰对印染废水的脱色效果最好，而且沉降速度快，去除COD也优于其他改性粉煤灰，是一种很好的污水处理剂。

④表面活性剂改性表面活性剂是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。近年来一些研究者采用表面活性剂对粉煤灰的改性进行了研究。十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)是一种阳离子表面活性剂。胡巧开等采用HDTMA对粉煤灰进行改性，结果表明，用HDTMA改性的粉煤灰对二甲酚橙的吸附去除率远大于未改性的粉煤灰。Banerjee等采用HDTMA对粉煤灰进行改性，然后用改性后的粉煤灰来处理海面上的石油，结果表明，经HDTMA改性后的粉煤灰对海面上漂浮的原油具有很好的去除能力。他们在另一篇文献中报道，分别采用四乙胺(TEA)、十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)、溴化十四烷基苄基二甲基铵(BDTDA)对粉煤灰进行改性，并以阴离子型染料来考察改性粉煤灰的吸附性能，结果表明，经这些表面活性剂改性后的粉煤灰吸附性能均得到了提高。聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)是一种水溶性阳离子高聚物，在水处理领域中应用广泛。研究表明，采用PDMDAAC对粉煤灰进行改性，可以提高粉煤灰的吸附能力。

⑤混合改性有时，几种改性方法的混合使用可以进一步提高粉煤灰对水中污染物的去除能力。李尉卿等采用碳酸钠、硫酸及碳酸钠处理后再加硫酸等改性方法对粉煤灰进行改性，用其处理造纸废水、垃圾渗滤液和生活废水的结果表明，用Na₂CO₃+H₂SO₄改性的粉煤灰的吸附性能优于其他改性剂，其原因是Na₂CO₃+H₂SO₄改性的粉煤灰既具有了聚合硫酸铝的絮凝性质，在废水中起到絮凝和架桥作用，又具有沸石的吸附性能，吸附废水中的有机物。陈雪初等将粉煤灰与NaCl在高速混合机中混合均匀后投入焙烧炉中煅烧活化，再向焙烧后冷却的物料中添加15%的H₂SO₄，将反应后的物料烘干磨细即得到混合改性的粉煤灰粉末。研究结果表明：与未改性的粉煤灰相比，采用此工艺改性的粉煤灰除磷性能显著提升，约为粉煤灰投加量1/20时即可达到与之相当的除磷效果。

⑥水热合成改性法

水热合成法粉煤灰是在高温流态化条件下产生的，其传热传质过程异常迅速，在很短时间(约2～3s)内被加热至1100～1300℃或更高温度，液相出现，在表面张力作用下收缩成球形液滴，结构迅速密化，同时相互黏结成较大颗粒，在收集过程又由于迅速冷却，液相来不及结晶而保持无定型态(仅有微小莫来石固溶在其中)，这种保持高温液相结构排列方式的介稳结构，内能结构处于近程有序，远程无序，常温下对水很稳定，不能被溶解(无定型态SiO₂是可溶的)。但在水热条件下，无规则网络被激活，水就可直接破坏网络结构，并随温度升高，破坏作用加强。水热合成后，网络硅铝变成活性硅铝溶于水中。

⑦超声和微波改性近几年，超声和微波技术已经被用于制备材料，并且它们表现出比传统方法更高的效率。Wang等将粉煤灰和NaOH溶液混合，置于超声波水浴池中，超声处理一段时间后过滤洗涤烘干，得到了NaOH和超声共同改性的粉煤灰，并将其用来去除水中的亚甲基蓝。结果表明：与未改性的粉煤灰相比，对亚甲基蓝的吸附能力从6×10^-6 mol/g提高到1.2×10^-5 mol/g。他们还将粉煤灰和一定浓度的盐酸溶液混合，然后分别置于超声波和微波浴池中，制得了盐酸和超声以及盐酸和微波共同改性的粉煤灰，亚甲基蓝、晶体蓝和罗丹明B的吸附实验表明：未改性的粉煤灰表现出较高的吸附能力，而经改性的粉煤灰吸附能力得到了进一步的提高，微波处理的粉煤灰吸附性能最佳。

相关链接：粉煤灰的物理活化

文章来源：《水处理化学品手册》

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