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非金屬礦物材料在大氣污染治理中的應用進展 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-04-08 10:51:06 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/班建偉)工業廢氣是我國大氣污染的主要來源,據資料介紹,我國目前每生產1t水泥熟料要排放1tCO2、0.74kgSO2、130kg粉塵;每生產1t石灰排放1.18tCO2。美國聯合碳化物公司用人工合成沸石回收SO2,含量由3 500μL/L下降至15~25μL/L,回收率達98%~99%,酸霧下降至3.53mg/m3。我國杭州硫酸廠排放的尾氣中含SO20.2%~0.5%,SO3 0.001 4%~0.003 5%,硫酸霧0.03~0.1g/m3,用改型縉云沸石吸附處理后,SO2僅含20~100μL/L,吸附的SO2解吸后,可回收重新使用。
1、燃煤污染治理
我國大氣污染的顯著特征就是煤煙型。煤炭燃燒釋放出煙氣、粉塵、SO2、CO、CO2等一次污染物以及產生硫酸、硫酸鹽類等二次污染物。造成酸雨污染,嚴重污染環境。治理燃煤污染,使用的固硫劑是一些含鈣、鎂、鋁、鐵、硅和鈉的物相,由于在高溫下形成的硫酸鹽易分解,降低了固硫率??梢酝ㄟ^研究某些高溫下形成疏松孔道結構的環境礦物材料作為固硫添加劑,營造燃煤內部氧化氣氛,有效地阻止硫酸鹽分解。膨潤土在高溫下失去層間水,形成疏松孔道結構,吸附硫化反應產物硫酸鹽,同時激活自身層間固硫離子如鈣、鎂等,有利于促進固硫反應。
研究表明,蛭石尾礦具有良好的固硫效果,其固硫活性因燃燒溫度而異,在950℃和1 050℃時,膨脹性能好、活性強。蛭石尾砂在型煤燃燒過程中膨脹產生的疏松結構,不僅能提高燃煤固硫效率,還能為煤中碳質成分的充分燃燒創造條件,降低煤炭因不完全燃燒而形成的碳質飛灰,明顯減少煙塵污染。
2、城市空氣治理
城市空氣污染主要來源于汽車尾氣的排放,其中包括NOx、金屬排放物(如Pb等)的排放,隨著現代大中城市之無鉛汽油的使用,由汽車排放的鉛金屬陽離子的危害大為減少,同時三元催化油的使用使得汽油燃燒的NOx排放量顯著減少。以青石為主體的三元催化劑載體得到了廣泛的應用。青石為環狀結構含鋁硅酸鹽,其四面體中存在著[AlO4]對[SiO4]的置換以及配位多面體中金屬陽離子的類質同象置換,活性強,同時具有極好的高溫熱穩定性。利用低白度滑石研制出新型多微孔陶瓷專用微細粉,對尾氣凈化率達到98%以上,并且使用效果不會隨時間下降。
這為根治汽車尾氣的工作找到了一種良好的方法。由于汽車排放氣體有害成分主要為NOx,國外近來利用高溫熱穩定性好同時吸附能力強的海泡石制作高效汽車尾氣凈化器,國外用粘土礦物制成汽車排氣管、過濾器,主要是充分利用粘土礦物的吸附性。用粘土礦物代替活性炭還可降低卷煙中含有的焦油、自由基、尼古丁等對人體的危害。
3、室內空氣污染治理
現代人平均每天有60%左右的時間在居室、辦公室等小區域環境中工作或生活。然而,有研究指出,“繼煤煙型”、“光化學煙霧型”污染后,現代人正進入以室內空氣污染為標志的第三污染時期。因此,室內空氣污染及治理是當前的熱門研究課題,也是普通百姓關注的重要話題。隨著家庭裝飾裝修材料中人工合成高分子材料使用的增多,不僅引起了短時間的空氣污染,同時帶來長久的潛在隱患。短期的空氣污染主要表現在甲醛、氨等早期釋放強濃度的危害。甲醛已經被世界衛生組織確定為致癌和致畸形物質,是公認的變態反應源,也是潛在的強致突變物之一。當空氣中含量達到30mg/m3時,可導致人當即死亡。氨是冬季混凝土施工外加劑的釋放物。國家規定居住區的安全氨濃度為小于0.2mg/m3。氨濃度過高時,除皮膚腐蝕作用外,還可通過三叉神經末梢的反射作用引起心臟停搏和呼吸停止。氨以氣體形式吸入人肺后,容易通過肺細胞進入血液與血紅蛋白結合,破壞運氧功能。
對于上述的有害物質,以沸石、坡縷石、海泡石、膨潤土、累托石等粘土礦物為載體的載銀無機抗菌劑可以起到良好的作用效果。目前開發的以多孔結構粘土礦物為載體的無機抗菌劑已成功應用于室內空氣凈化,并對病菌及其分泌物毒素均有較強的殺滅和降解作用。
中國礦業大學(北京)研發的硅藻精土/納米二氧化鈦復合型室內空氣污染治理材料,以平均孔徑幾十納米、分布規則的天然硅藻土為載體負載適量的光催化組分納米二氧化鈦;由于硅藻土顆粒的天然納米孔較大,分布規則且貫通,因此適量負載納米二氧化鈦后,孔道變小但未被完全遮蓋,仍可貫通光線,因此,在太陽光和日光燈下也有較好的光催化作用。經中國建筑材料環境監測中心監測,硅藻土負載納米二氧化鈦復合材料對甲醛的降解性能優良,24h的甲醛去除率可達到80%。北京市建筑材料科學研究院開發的以纖維狀坡縷石、海泡石、沸石制作的環保型特種多功能紙不僅具有難燃、阻燃效果,而且能有效地吸附室內空氣中的氮氧化物和有害極性氣體。
非金屬礦物環境材料是環境保護和環境治理事業的重要物質支撐。我國非金屬礦品種多,資源豐富,這就為開發非金屬礦物環境材料開辟了廣闊的前景。
(1) 非金屬礦物環境材料有巨大的市場。我國加強水污染防治、推進大氣污染防治和防治固體廢物污染,必然需要大量的非金屬礦物環境治理材料,非金屬礦物環境材料的無限商機就在環境保護領域。非金屬礦工業應加快開發生產適用性廣的非金屬礦物環境材料,一方面可以滿足我國環境治理的需要,另一方面,也可以促進非金屬礦工業發展,使非金屬礦物環境材料成為我國環境保護事業的物質支撐。
(2) 加強非金屬礦物環境材料的應用研究。非金屬礦的所有工業應用都是利用非金屬礦物賦有的特殊性質,加強對非金屬礦物的深入研究,是開發更好更適用的非金屬礦物環境材料的基本保障。我國非金屬礦品種多,資源比較豐富,具有規?;_發非金屬礦物環境材料的物質基礎。加大研究力度,提高產品的技術含量,擴大非金屬礦物環境材料的應用領域是開發高質量非金屬礦物環境材料的關鍵。
(3) 縮短研究成果轉為商業化生產的周期。經過我國科研人員的努力探索,我國非金屬礦物環境材料研究開發取得了許多科研成果,這些成果大部分分布在研究單位和高等院校,大部分成果轉為實際應用的周期較長。而我國大部分非金屬礦企業沒有可靠、暢通的途徑取得非金屬礦加工技術,因此,必須將研究成果從“紙上”搬到“地上”,加快科研成果產業化轉化,促進我國非金屬礦物環境材料產業發展。
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