孙大为等：特殊钢渣超微粉改性废弃核桃壳制备钢渣基生物质活性炭及其吸收氯气的性能 947. carbon,improving its absorption performance.Catalytic performance of CuO and MnO helps promote the absorbing performance of steel-slag-based biomass-activated carbon.When the fineness of special steel slag ultrafine powder is excessively large,agglomeration of small particle size occurs and affects the adsorption capacity of steel-slag-based biomass-activated carbon to chlorine gas.When the particle size of special steel slag ultrafine powder is small,the special steel slag ultrafine powder with good uniformity is less effective in improving the adsorption of chlorine on the steel-slag-based biomass-activated carbon.The higher adsorption ambient temperature may lead to the analytical phenomenon of chlorine gas from steel-slag-based biomass-activated carbon.Moreover,no superfine agglomeration and deposition of special steel slag ultrafine powder on the surface of steel-slag-based biomass-activated carbon are observed.The obtained carbon exhibits the layered structure characteristics and provides space for chlorine gas adsorption. KEY WORDS special steel slag ultrafine powder;discarded walnut shell;biomass activated carbon;chlorine gas;metallurgical solid waste 氯气是一种剧毒气体，具有强的氧化性及腐 仪(BET)、激光粒度仪(LPSA)和扫描电子显微镜 蚀性山，其沸点极低，常温下为气态，虽然自身不燃 (SEM)对其进行测试与分析，以揭示钢渣基生物 烧，但可助燃，在日光下与易燃气体混合时会发生 质活性炭吸收氯气的作用机理，实现“以废治危” 燃烧爆炸.氯气泄漏后通常会形成毒气云团，再在 的目的 空气中向周围传播，使地面、水源和环境受染-)， 1实验方法 因此在城区尤其是大城市中，容易出现强气流，这 就容易使毒气云团中的有毒气体渗透到庭院、楼 1.1原材料 宇、地下室等，会给居民带来直接伤害，所以氯气 特殊钢渣，中国宝武钢铁集团有限公司：废弃 泄漏事故在城市中的危害性和持久性要远超开旷 核桃壳，陕西省当地自产：氯气，其纯度99.0%，滨 地域6由于氯气的以上化学性质，当氯气泄漏 化集团股份有限公司；磷酸，其质量分数≥85.0%， 后需要立即进行应急处置，同时日常也要加强对 国药集团化学试剂有限公司：盐酸，其质量分数 含氯尾气的及时回收和净化处理，这已经成为氯 36.0%~38.0%,国药集团化学试剂有限公司；无水 气安全生产和使用的焦点问题 乙醇，其质量分数≥99.5%，国药集团化学试剂有限 活性炭是一种具有发达多孔结构与丰富比表 公司：实验用水均为去离子水 面积的碳质材料，其被大量用于吸附有害气体) 1.2材料制备 然而由于活性炭普遍采用自然资源（如：木材、竹 首先将废弃核桃壳洗净且干燥后，利用气流 子等)进行制备，导致成本高且不利于生态环境的 磨将其粉磨至600目（筛余99.5%）的废弃核桃壳 可持续发展圆根据相关文献可知，利用生物质废 超微粉；将特殊钢渣通过气流磨粉磨至不同细度， 弃材料制备活性炭，已经成为研究热点且取得相 即400~800目（筛余99.0%）的特殊钢渣超微粉 关研究成果？山，利用金属氧化物对活性炭进行改 其次将废弃核桃壳超微粉与磷酸按质量比1：3进 性，可以提高活性炭吸附有害气体的性能，但是其 行混合后，利用高速混合机将其均匀搅拌，获得废 制备成本增加2-.特殊钢钢渣是冶金工业中经 弃核桃壳超微粉溶液；将不同细度的特殊钢渣超 过金属提取工艺预处理后残留的含有少量铬、铅 微粉与去离子水按质量比1：10进行混合且滴加 等重金属的尾渣，属于危险冶金固体废弃物5-刀 盐酸调节DH值至6.0后，利用高速混合机将其均 如果利用钢渣中含有的化学成分对废弃核桃壳进 匀搅拌，获得特殊钢渣超微粉溶液.然后将废弃核 行改性处理，可以解决生产活性炭、改性活性炭成 桃壳超微粉溶液与特殊钢渣超微粉溶液混合且加 本高、环境破坏大的问题 入5倍混合液体积的无水乙醇后，利用高速混合 本研究采用特殊钢渣超微粉与废弃核桃壳进 机将其均匀搅拌，获得钢渣基生物质活性炭前躯体 行复合，利用钢渣中含有的化学成分对废弃核桃 最后利用真空压强-0.08MPa和烘干温度80℃的 壳进行改性处理制备钢渣基生物质活性炭.研究 真空干燥箱对钢渣基活性炭前驱体活化6h后，在 废弃核桃壳超微粉与特殊钢渣超微粉的质量比、 氮气气氛保护下利用焙烧温度400℃的实验炉焙 特殊钢渣超微粉细度和吸附环境温度对钢渣基生 烧5h且冷却到室温，获得钢渣基生物质活性炭 物质活性炭吸收氯气性能的影响，并且利用X射 13性能测试与表征 线荧光光谱仪(XRF)、全自动比表面和孔隙分析 利用氯气专用压力一组成等温吸附装置测试carbon,  improving  its  absorption  performance.  Catalytic  performance  of  CuO  and  MnO  helps  promote  the  absorbing  performance  of steel-slag-based biomass-activated carbon. When the fineness of special steel slag ultrafine powder is excessively large, agglomeration of small  particle  size  occurs  and  affects  the  adsorption  capacity  of  steel-slag-based  biomass-activated  carbon  to  chlorine  gas.  When  the particle size of special steel slag ultrafine powder is small, the special steel slag ultrafine powder with good uniformity is less effective in improving the adsorption of chlorine on the steel-slag-based biomass-activated carbon. The higher adsorption ambient temperature may lead  to  the  analytical  phenomenon  of  chlorine  gas  from  steel-slag-based  biomass-activated  carbon.  Moreover,  no  superfine agglomeration  and  deposition  of  special  steel  slag  ultrafine  powder  on  the  surface  of  steel-slag-based  biomass-activated  carbon  are observed. The obtained carbon exhibits the layered structure characteristics and provides space for chlorine gas adsorption. KEY WORDS    special steel slag ultrafine powder；discarded walnut shell；biomass activated carbon；chlorine gas；metallurgical solid waste 氯气是一种剧毒气体，具有强的氧化性及腐 蚀性[1] ，其沸点极低,常温下为气态，虽然自身不燃 烧,但可助燃，在日光下与易燃气体混合时会发生 燃烧爆炸. 氯气泄漏后通常会形成毒气云团，再在 空气中向周围传播，使地面、水源和环境受染[2−3] ， 因此在城区尤其是大城市中，容易出现强气流，这 就容易使毒气云团中的有毒气体渗透到庭院、楼 宇、地下室等，会给居民带来直接伤害，所以氯气 泄漏事故在城市中的危害性和持久性要远超开旷 地域[4−6] . 由于氯气的以上化学性质，当氯气泄漏 后需要立即进行应急处置，同时日常也要加强对 含氯尾气的及时回收和净化处理，这已经成为氯 气安全生产和使用的焦点问题. 活性炭是一种具有发达多孔结构与丰富比表 面积的碳质材料，其被大量用于吸附有害气体[7] . 然而由于活性炭普遍采用自然资源（如：木材、竹 子等）进行制备，导致成本高且不利于生态环境的 可持续发展[8] . 根据相关文献可知，利用生物质废 弃材料制备活性炭，已经成为研究热点且取得相 关研究成果[9−11] ；利用金属氧化物对活性炭进行改 性，可以提高活性炭吸附有害气体的性能，但是其 制备成本增加[12−14] . 特殊钢钢渣是冶金工业中经 过金属提取工艺预处理后残留的含有少量铬、铅 等重金属的尾渣，属于危险冶金固体废弃物[15−17] . 如果利用钢渣中含有的化学成分对废弃核桃壳进 行改性处理，可以解决生产活性炭、改性活性炭成 本高、环境破坏大的问题. 本研究采用特殊钢渣超微粉与废弃核桃壳进 行复合，利用钢渣中含有的化学成分对废弃核桃 壳进行改性处理制备钢渣基生物质活性炭. 研究 废弃核桃壳超微粉与特殊钢渣超微粉的质量比、 特殊钢渣超微粉细度和吸附环境温度对钢渣基生 物质活性炭吸收氯气性能的影响，并且利用 X 射 线荧光光谱仪（XRF）、全自动比表面和孔隙分析 仪（BET）、激光粒度仪（LPSA）和扫描电子显微镜 （SEM）对其进行测试与分析，以揭示钢渣基生物 质活性炭吸收氯气的作用机理，实现“以废治危” 的目的. 1    实验方法 1.1    原材料 特殊钢渣，中国宝武钢铁集团有限公司；废弃 核桃壳，陕西省当地自产；氯气，其纯度 99.0%，滨 化集团股份有限公司；磷酸，其质量分数≥85.0%， 国药集团化学试剂有限公司；盐酸，其质量分数 36.0%～38.0%，国药集团化学试剂有限公司；无水 乙醇，其质量分数≥99.5%，国药集团化学试剂有限 公司；实验用水均为去离子水. 1.2    材料制备 首先将废弃核桃壳洗净且干燥后，利用气流 磨将其粉磨至 600 目（筛余 99.5%）的废弃核桃壳 超微粉；将特殊钢渣通过气流磨粉磨至不同细度， 即 400～800 目（筛余 99.0%）的特殊钢渣超微粉. 其次将废弃核桃壳超微粉与磷酸按质量比 1∶3 进 行混合后，利用高速混合机将其均匀搅拌，获得废 弃核桃壳超微粉溶液；将不同细度的特殊钢渣超 微粉与去离子水按质量比 1∶10 进行混合且滴加 盐酸调节 pH 值至 6.0 后，利用高速混合机将其均 匀搅拌，获得特殊钢渣超微粉溶液. 然后将废弃核 桃壳超微粉溶液与特殊钢渣超微粉溶液混合且加 入 5 倍混合液体积的无水乙醇后，利用高速混合 机将其均匀搅拌，获得钢渣基生物质活性炭前躯体. 最后利用真空压强‒0.08 MPa 和烘干温度 80 ℃ 的 真空干燥箱对钢渣基活性炭前躯体活化 6 h 后，在 氮气气氛保护下利用焙烧温度 400 ℃ 的实验炉焙 烧 5 h 且冷却到室温，获得钢渣基生物质活性炭. 1.3    性能测试与表征 利用氯气专用压力–组成等温吸附装置测试 孙大为等： 特殊钢渣超微粉改性废弃核桃壳制备钢渣基生物质活性炭及其吸收氯气的性能 · 947 ·