利用PVC行业电石渣制备立方体晶型纳米碳酸钙研究

论文摘要

电石渣主要成分是Ca（OH）2,还含有SiO2、SiO2、Fe2O3、MgO、Al2O3等金属氧化物。电石渣制备高附加值的立方体晶型纳米碳酸钙成为一个研究的热点。电石渣是电石溶解生产乙炔过程中的副产物,主要用于烟气脱硫和水泥制造。然而,随着纳米材料研究和应用的发展,通过制备纳米碳酸钙,大大地提高了电石渣的附加值。碳酸钙作为一种价廉质优的填料和白色颜料,广泛用于塑料、橡胶、造纸、涂料、日化等行业,尤其是纳米碳酸钙,能使制品的物理性能得到极大改善。因此利用电石渣生产市场需求量大的纳米碳酸钙,无疑是电石渣综合治理很好的途径。通过传统的搅拌鼓泡碳化,制备出具有完美立方体晶型的纳米碳酸钙产品。以电石渣为原料制备纳米碳酸钙,考察了水、氯化铵、添加剂用量、氨水用量和碳化温度对纳米碳酸钙产品的影响,同时,在碳化反应过程中,对二氧化碳气体的流速和搅拌速率进行了研究。实验得到的碳酸钙粒子通过XRD、BET和SEM等分析手段进行了产品表征,结果显示纳米碳酸钙粒子具有完美的立方体结构,纳米碳酸钙产品尺度为30～80nm,比表面为50～60m2/g。分析结果显示,合适的碳化温度、二氧化碳气体的流速、搅拌速率和添加剂的选择有利于立方体晶型纳米碳酸钙的形成。研究表明,电石渣经氯化铵溶解后,不溶性杂质与金属离子杂质都被除去,碳酸钙收率达到82%左右。该技术的利用不仅能制备立方体晶型的纳米碳酸钙产品,而且还能有效地解决电石渣污染环境的问题。在电石渣溶解过程中产生的氨气以及氯化钙碳化后过滤过程中产生氯化铵滤液均得到了循环利用,在生产过程中实现了污染因子零排放。本研究为电石渣的综合治理提供了有效的新方法和新技术,同时可得到附加值高、应用广泛的纳米碳酸钙产品,环保效益与经济效益显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 聚氯乙烯行业电石渣的处理与利用
• 1.1.1 聚氯乙烯生产现状
• 1.1.2 电石渣的基本性能与分析
• 1.1.3 电石渣综合利用生产化工产品
• 1.1.4 电石渣在环境治理中的应用
• 1.2 利用电石渣制备纳米碳酸钙的技术动态
• 1.2.1 复分解碳化法
• 1.2.2 二氧化碳碳化法
• 1.2.3 碳化方法的实现
• 1.3 纳米碳酸钙的特性及应用
• 1.3.1 碳酸钙的分类
• 1.3.2 纳米碳酸钙的特性
• 1.3.3 纳米碳酸钙的应用
• 1.4 课题研究内容与目的
• 第2章 碳化法制备纳米碳酸钙的实验研究
• 2.1 实验原理与步骤
• 2.1.1 实验原理与分析
• 2.2.2 实验试剂与仪器
• 2.2.3 实验步骤
• 2.2.4 碳化实验流程
• 2.3 影响纳米碳酸钙粒径与晶型的实验研究
• 2.3.1 二氧化碳气体流速的影响
• 2.3.2 碳化反应温度的影响
• 2.3.3 添加剂用量的影响
• 2.3.4 搅拌速度的影响
• 2.4 碳酸钙产品表征分析
• 2.4.1 碳酸钙产品XRD分析
• 2.4.2 碳酸钙产品BET分析
• 2.4.3 碳酸钙产品SEM分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 碳化法制备纳米碳酸钙氯化铵处理工艺参数研究
• 3.1 电石渣预处理温度的确定
• 3.1.1 电石渣预处理温度对碳酸钙白度的影响
• 3.1.2 电石渣预处理温度对碳酸钙收率的影响
• 3.2 电石渣溶解过程的研究
• 3.2.1 氯化铵用量对碳酸钙收率的影响
• 3.2.2 氯化铵用量的确定
• 3.2.3 水用量的确定
• 3.3 碳化过程氨水用量的确定
• 3.4 本章小结
• 第4章 碳化反应结晶机理与反应动力学分析
• 4.1 纳米碳酸钙合成机理
• 4.2 碳酸钙结晶机理
• 4.3 碳化过程pH值变化规律
• 4.4 化学反应机理及过程特性分析
• 4.5 二氧化碳的化学吸收
• 4.5.1 吸收机理
• 4.5.2 传质模型分析
• 4.6 碳化应动力学分析
• 第5章 回收工艺研究
• 5.1 氯化氨溶解碳化工艺路线的确定
• 5.2 电石渣溶解挥发氨气量的确定
• 5.2.1 实验方法
• 5.2.2 结果计算
• 5.3 滤液中氯化铵浓度的测定
• 5.3.1 实验方法
• 5.3.2 结果计算
• 5.4 溶解过程滤渣的处理
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果