·1658· 北京科技大学学报 第36卷 含钛电炉 筛合成的影响.具体操作为：取碱熔渣水浸液300 熔分渣 mL,调整水钠比为常压回流法合成的最佳比例，并 -NaOH 加入九水硅酸钠调节硅铝比至2，置于水热釜中分 碱熔渣 别在80、100、120、140和160℃条件下保温3h后取 出过滤，将滤渣水洗多次至中性，然后在80℃条件 水浸 电磁搅拌 下干燥3h即得产物. 用 1.3.34A分子筛对重金属离子吸附性能的测试 滤液 滤液 (a.SiO. 过滤 (含Ti、Mg、Fe 以硫酸铜溶液来模拟工业废水，以不同水热反 NaAlO) 和Ca等化合物) 应温度条件下制备得到的4A分子筛作为吸附剂， 调整溶液组分 品化 后处理 进行分子筛吸附重金属离子的性能测试，验证其用 于处理工业废水的可行性 滤液 渣 取0.1g分子筛置于60mL10gL-1的硫酸铜溶 (过量NaOH 4A分子筛) 液中，并进行电磁搅拌，每隔15min用移液管吸取 图2含钛电炉熔分渣的处理工艺流程 溶液5mL,用离心机离心沉降溶液中的分子筛，取 Fig.2 Flow sheet of the process for disposing titanium-containing 上层清液用紫外可见光分光光度计测定其吸光度， electric furnace molten slag 测试完成后将上清液及离心沉降的分子筛混合摇匀 浸液中Na、Si和Al各元素的含量，然后通过添加九 后重新倒回原溶液中.由于硫酸铜溶液在波长为 水硅酸钠的方法调整硅铝比，分别研究水钠比、反应 810nm处的吸光度最大，所以选取波长为810nm处 时间和反应温度对制备分子筛的影响.具体实验方 的吸光度值计算4A分子筛对Cu2+的吸附率.吸附 法分为常压回流法和水热法两部分，其工艺流程如 率计算公式如下： 图3所示. a=(A。-A,)/A (1) 水浸液 式中，α为吸附率，A,为初始时硫酸铜溶液的吸光 度，A,为吸附时间为t时硫酸铜溶液的吸光度 调整水钠比 2结果与讨论 NaAlO,.Na SiO 调整硅铝比为2 2.1硅铝成分的有效分离 常压回流或水热 根据图2所示工艺流程，本课题组前期重点研 过滤 究了渣碱比、碱熔反应温度和反应时间对含钛电炉 熔分渣中钛元素和硅、铝元素有效分离的影响，在较 ↓ NaOH等 优的反应条件下产生的碱熔渣通过X射线衍射分 洗涤。干燥 析，其结果如图4所示.由图谱可以看出，含钛电炉 4A分子靠 熔分渣中镁铝尖晶石基本完全分解，转化为可溶性 图3采用回流法或水热法制备4A分子筛的工艺流程图 铝酸盐(NaA1O,),钛酸镁等含钛化合物则转化为不 Fig.3 Flow sheet of the process for preparing a 4A molecular sieve 溶于水的偏钛酸钠(Na,TiO,或NaTiO,),而硅则以 by the hydrothermal method or the reflux method 无定形的硅酸钠(Na2SiO,)形式存在.其主要反应 首先，在常压条件下采用回流法，研究不同水钠 方程式如下： 比和反应时间对4A分子筛合成的影响.具体操作 MgOTiO2 +2NaOH -Na2 TiO3 Mg (OH)2, 为：取碱熔渣水浸液300mL,加热使水分蒸发至特 (2) 定容量以调整水钠比，然后加入九水硅酸钠，调整硅 MgAl,O +2NaOH =2NaAlO2 +Mg (OH)2, 铝比为2，在100℃条件下回流一定时间后，圆底烧 (3) 瓶底部即出现白色絮状沉淀物，经过滤后水洗多次 Ca0.SiO2 2NaOH =Na,SiO,+Ca (OH)2. 至中性，然后在80℃下干燥3h即得产物. (4) 鉴于常压回流法最高反应温度为100℃，且反 碱熔渣经电磁搅拌水浸后可溶性的硅、铝等钠 应时间较长，因此尝试采用水热法在高温条件下短 盐进入液相，而不溶于水的偏钛酸钠和镁、铁等氢氧 时间合成4A分子筛，从而研究反应温度对4A分子 化物或氧化物则留存于固相中，通过离心即实现含北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 2 含钛电炉熔分渣的处理工艺流程 Fig． 2 Flow sheet of the process for disposing titanium-containing electric furnace molten slag 浸液中 Na、Si 和 Al 各元素的含量，然后通过添加九 水硅酸钠的方法调整硅铝比，分别研究水钠比、反应 时间和反应温度对制备分子筛的影响． 具体实验方 法分为常压回流法和水热法两部分，其工艺流程如 图 3 所示． 图 3 采用回流法或水热法制备 4A 分子筛的工艺流程图 Fig． 3 Flow sheet of the process for preparing a 4A molecular sieve by the hydrothermal method or the reflux method 首先，在常压条件下采用回流法，研究不同水钠 比和反应时间对 4A 分子筛合成的影响． 具体操作 为: 取碱熔渣水浸液 300 mL，加热使水分蒸发至特 定容量以调整水钠比，然后加入九水硅酸钠，调整硅 铝比为 2，在 100 ℃ 条件下回流一定时间后，圆底烧 瓶底部即出现白色絮状沉淀物，经过滤后水洗多次 至中性，然后在 80 ℃下干燥 3 h 即得产物． 鉴于常压回流法最高反应温度为 100 ℃，且反 应时间较长，因此尝试采用水热法在高温条件下短 时间合成 4A 分子筛，从而研究反应温度对 4A 分子 筛合成的影响． 具体操作为: 取碱熔渣水浸液 300 mL，调整水钠比为常压回流法合成的最佳比例，并 加入九水硅酸钠调节硅铝比至 2，置于水热釜中分 别在 80、100、120、140 和 160 ℃条件下保温 3 h 后取 出过滤，将滤渣水洗多次至中性，然后在 80 ℃ 条件 下干燥 3 h 即得产物． 1. 3. 3 4A 分子筛对重金属离子吸附性能的测试 以硫酸铜溶液来模拟工业废水，以不同水热反 应温度条件下制备得到的 4A 分子筛作为吸附剂， 进行分子筛吸附重金属离子的性能测试，验证其用 于处理工业废水的可行性． 取 0. 1 g 分子筛置于 60 mL 10 g·L － 1的硫酸铜溶 液中，并进行电磁搅拌，每隔 15 min 用移液管吸取 溶液 5 mL，用离心机离心沉降溶液中的分子筛，取 上层清液用紫外可见光分光光度计测定其吸光度， 测试完成后将上清液及离心沉降的分子筛混合摇匀 后重新倒回原溶液中． 由于硫酸铜溶液在波长为 810 nm 处的吸光度最大，所以选取波长为 810 nm 处 的吸光度值计算 4A 分子筛对 Cu2 + 的吸附率． 吸附 率计算公式如下: α = ( A0 － At ) /A0 ． ( 1) 式中，α 为吸附率，A0 为初始时硫酸铜溶液的吸光 度，At为吸附时间为 t 时硫酸铜溶液的吸光度． 2 结果与讨论 2. 1 硅铝成分的有效分离 根据图 2 所示工艺流程，本课题组前期重点研 究了渣碱比、碱熔反应温度和反应时间对含钛电炉 熔分渣中钛元素和硅、铝元素有效分离的影响，在较 优的反应条件下产生的碱熔渣通过 X 射线衍射分 析，其结果如图 4 所示． 由图谱可以看出，含钛电炉 熔分渣中镁铝尖晶石基本完全分解，转化为可溶性 铝酸盐( NaAlO2 ) ，钛酸镁等含钛化合物则转化为不 溶于水的偏钛酸钠( Na2TiO3 或 NaTiO2 ) ，而硅则以 无定形的硅酸钠( Na2 SiO3 ) 形式存在． 其主要反应 方程式如下: MgO·TiO2 + 2NaOH Na  2TiO3 + Mg( OH) 2， ( 2) MgAl2O4 + 2NaOH 2NaAlO  2 + Mg( OH) 2， ( 3) CaO·SiO2 + 2NaOH Na  2 SiO3 + Ca( OH) 2 ． ( 4) 碱熔渣经电磁搅拌水浸后可溶性的硅、铝等钠 盐进入液相，而不溶于水的偏钛酸钠和镁、铁等氢氧 化物或氧化物则留存于固相中，通过离心即实现含 · 8561 ·