濕法改性制備高比表面積氫氧化鈣及表征

摘要：選取内蒙古(gu)清水河優質石灰(hui)石爲原料，經煅燒(shao)和粉碎，在消化過(guò)程中加入含羟基(jī)的有機化合物，濕(shi)法改性制備高比(bi)表面積氫氧化鈣(gài)。研究了丙二醇、三(sān)乙醇胺、聚乙二醇(chun)（1000）3 種改性劑對氫氧(yǎng)化鈣比表面積的(de)影響。利用 X 射線衍(yan)射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）和(he)比表面積分析儀(yí)（BET）表征了氫氧化鈣(gai)樣品的物相組成(cheng)、顯微結構和比表(biao)面積。結果表明：在(zài)石灰消化過程中(zhong)加入含羟😍基的有(you)機化合🔴物可以增(zēng)大氫氧化鈣的比(bǐ)表面積，制得的氫(qīng)❤️氧化鈣表面呈片(pian)層🧡狀結構；當♈丙二(èr)醇添加量爲石灰(huī)📐質量的 10%時，制得氫(qing)氧化鈣比表面積(ji)達到 47.415 6 m²/g。
關鍵詞：氫氧(yang)化鈣；濕法；改性；比(bǐ)表面積

氫氧化鈣(gai)一般是由生石灰(huī)與水消化生成的(de)一種無機粉體^[1-2]。因(yin)原料石灰石分布(bu)廣泛、合成工藝簡(jian)單、價格低廉，氫氧(yang)化鈣被廣泛應用(yong)于建築、塗料、水處(chu)理、環境污染控制(zhì)等方面^[3-4]。尤其在逐(zhu)漸成熟的幹法和(he)半幹法煙氣脫硫(liu)中^[5]，氫氧化鈣作爲(wèi)最常用的吸收劑(jì)，其性能的優劣直(zhi)接影響脫硫效果(guo)^[6-8]。氫氧化鈣淨化煙(yan)氣過程一般是利(li)用煙氣中的酸性(xìng)氣體🐅與氫氧化鈣(gai)進行氣固接觸導(dǎo)緻的酸堿反應或(huo)相關吸附，決定✏️反(fǎn)應的一個重要因(yīn)素就是固體的比(bǐ)表面積^[9-10]，因此制備(bèi)高比表面積的氫(qing)氧化鈣對煙氣淨(jing)化及相關方✔️面的(de)應用至關重要。氫(qing)氧化鈣是具有極(jí)性的無機化合物(wù)，對氫氧化鈣進行(hang)表面改性可以利(lì)🔴用含羟基的有機(ji)化合物^[11]。筆者通過(guo)加入含羟基的有(you)機改性劑濕法制(zhi)備氫㊙️氧化鈣，考察(cha)了聚乙二醇（1000）、丙二(èr)醇和三乙醇胺對(duì)氫氧化鈣比表面(miàn)積的☁️影響，比較了(le)不同改性劑在不(bu)同投入💔量下制得(dé)氫氧🎯化鈣的比表(biao)面積，制備出分散(san)性好、比表面積大(dà)的氫氧化鈣^[7]。

1 實驗(yan)部分

1.1 原料與試劑(jì)

石灰石選自内蒙(méng)古清水河暖泉地(dì)區寒武系地層^[12-24]，主(zhu)要化學成分見表(biao)1。丙二醇、三乙醇胺(àn)、聚乙二醇（1000）、鹽酸🌈和(hé)蔗糖均爲分析純(chun)。

1.2 儀器設備

箱式電(diàn)阻爐；真空幹燥箱(xiāng)；數顯恒速攪拌器(qì)；電子恒🌈溫水浴鍋(guo)；微型粉碎機；D8型XRD儀(yí)；S-4800型FE-SEM；3H-2000PS1/2型靜态容量法(fa)比表面積及孔徑(jìng)分析測試儀。

1.3 實驗(yan)方法

将石灰石制成5~50mm顆(kē)粒，置于電阻爐中(zhong)于1100℃煅燒10~15min，然後自然(rán)👨‍❤️‍👨冷卻至室溫。

1.3.2 石灰(huī)活性度和有效鈣(gài)含量測定

将生石(shi)灰制成1~5mm顆粒，測定(ding)其活性度和有效(xiao)鈣含量。測試石灰(hui)活性度參照YB/T 105－2005《冶金(jin)石灰物理檢驗方(fāng)法》。取石灰50g，倒入2L 40℃水(shuǐ)中，以酚酞爲指示(shi)劑，用4mol/L鹽酸滴定，直(zhí)到紅色消失，記錄(lu)從滴定開始到第(di)10min時消耗鹽酸體積(ji)即爲石灰活性度(du)^[13]。石灰有效鈣含量(liàng)測定采用經典蔗(zhe)糖鹽酸滴定法🔴。取(qǔ)石🔆灰0.4~0.5g，置于250mL錐形瓶(píng)中，加入4g蔗糖覆蓋(gai)在石灰上，加🈲入煮(zhu)沸并已冷卻的蒸(zhēng)餾水40mL，密閉，用磁力(lì)攪拌器攪拌15min，以酚(fēn)酞爲指示劑，用0.5mol/L鹽(yan)酸滴定，控制滴定(ding)速度爲2~3滴/s，至溶液(ye)中紅色消失，保持(chi)30s不變色^[14]。石灰有效(xiao)鈣含量計算公式(shi)：

w（CaO）=0.0005cVM/m×100%

式中：M爲氧化鈣摩(mó)爾質量（g/mol）；c爲鹽酸标(biāo)準溶液濃度（mol/L）；V爲消(xiāo)耗鹽☔酸标準溶液(ye)體積（mL）；m爲石灰樣品(pin)質量（g）。

1.3.3 石灰消化

水(shui)浴溫度控制爲80℃，稱(cheng)取20g石灰，倒入盛有(you)100mL 80℃蒸餾水的燒杯中(zhōng)，加入不同質量的(de)丙二醇、三乙醇胺(an)、聚乙二醇（1000），以300r/min轉速(su)攪拌1h，陳化4h，在♻️105℃真空(kong)幹燥箱中烘幹。

2 結(jie)果與分析

2.1 石灰石(shi)物相分析

圖1 爲石(shí)灰石XRD譜圖。由圖1看(kàn)出，石灰石特征衍(yan)射峰與方解☀️石中(zhōng)🐆CaCO3标準衍射特征峰(fēng)基本一緻，說明石(shí)灰石🏃🏻‍♂️主要♌成分🧑🏽‍🤝‍🧑🏻爲(wèi)CaCO3。

圖1 石灰石XRD譜圖

圖2 爲煅燒後(hòu)生石灰XRD譜圖。由圖(tu)2看出，生石灰特征(zhēng)衍射峰👨‍❤️‍👨與🐕CaO标準🔞特(tè)征衍射峰基本一(yī)緻，說明生石灰中(zhong)主要成分🍓爲CaO。經分(fen)析，生石❤️灰活性度(du)爲408.7mL，有效鈣含量爲(wèi)92.25%。生石灰活性度和(hé)有效鈣含量都較(jiào)高，證明其品質優(yōu)良。

丙二醇(chún)、三乙醇胺、聚乙二(er)醇（1000）添加量分别爲(wèi)5%和10%，改性劑對氫氧(yǎng)化鈣比表面積的(de)影響見表2。由表2看(kan)出，添加丙🤟二醇和(he)三乙醇胺制得氫(qing)氧化鈣比表面積(jī)比未加改性劑時(shí)大，而添加聚乙⭐二(èr)醇（1000）制得氫氧化鈣(gai)🔴比表面積❄️比未加(jiā)改🔞性劑時小。以丙(bǐng)二醇的改性效💜果(guo)最好。

表2 改性劑類(lei)型對氫氧化鈣比(bǐ)表面積的影響

2.4 改(gǎi)性劑用量對氫氧(yǎng)化鈣比表面積的(de)影響

以丙二醇和(hé)三乙醇胺爲改性(xing)劑，考察改性劑用(yòng)量對氫氧化鈣比(bi)表面積的影響，結(jié)果見圖3。由圖3看出(chū)，當丙二醇用量爲(wei)樣品質量的10%時，氫(qing)氧化鈣比表面積(ji)最大，達到47.4156m²/g；當三乙(yǐ)醇胺用量🌈爲樣品(pǐn)🚶‍♀️質量的5%時，氫㊙️氧化(hua)鈣比表面積爲44.4442m²/g，效(xiao)果非常💘理想。

2.5 氫氧(yang)化鈣樣品物相分(fen)析

圖4 氫氧化鈣樣(yàng)品XRD譜圖。由圖4看出(chū)，氫氧化鈣樣品特(tè)🛀征衍射峰與氫氧(yang)化鈣标準衍射峰(feng)基本一緻，說明石(shi)灰♋消化生成🏃🏻的物(wu)質主要爲氫氧化(huà)鈣。

圖4 氫氧化鈣樣(yang)品XRD譜圖

2.6 氫氧化鈣(gài)樣品微觀形貌分(fen)析

圖5 爲不加改性(xìng)劑制得氫氧化鈣(gài)樣品SEM照片。圖6爲添(tian)加丙二醇🍉（用⭐量10%）制(zhi)得氫氧化鈣樣品(pǐn)SEM照片。

圖5 不加改性(xing)劑制得氫氧化鈣(gai)樣品SEM照片

圖6 添加(jia)10%丙二醇制得氫氧(yǎng)化鈣樣品SEM照片

對(dui)比圖5和圖6可以看(kan)出，加入改性劑制(zhì)得的氫氧化鈣晶(jing)粒較小，晶粒之間(jian)有較多微孔且分(fèn)布相對均勻，表面(mian)呈片層狀結構且(qie)分層特别明顯。這(zhè)些微孔和片層提(tí)供了較大的比表(biao)面積，使氫氧化鈣(gài)表面整體呈現一(yī)個多孔隙、大比表(biao)面積的結構。

3 結論(lùn)

以高活性度和高(gāo)有效鈣含量石灰(hui)爲原料濕法消化(huà)制🏃🏻‍♂️備氫🔅氧化鈣時(shí)，加入丙二醇和三(sān)乙醇胺可以增大(dà)氫氧化鈣比表面(mian)積。當丙二醇添加(jia)量爲石灰質量的(de)10%時，氫氧化鈣比表(biǎo)面積達到47.4156m²/g；當三乙(yi)醇胺添加量爲石(shi)♉灰質量的5%時，氫氧(yang)化鈣比表面積達(dá)到44.4442m²/g。制💃備的氫氧化(hua)鈣表面呈片層狀(zhuàng)結構，晶💚粒之間均(jun)勻分布大量微孔(kong)。

參考文獻：

[1] 李慧芝(zhi)，李紅，熊穎輝.異丙(bǐng)醇改性氫氧化鈣(gai)的研究[J]. 無⁉️機鹽🌈工(gong)業，2008，40（9）：32-34.
[2] 谷麗，劉潤靜，郭(guo)志偉.石灰消化條(tiao)件對氫氧化鈣活(huó)性的影響[J]. 中國粉(fěn)體技術，2012，18（4）：62-65， 69.
[3] 伍澤廣，劉(liú)欽甫，孫俊民，等.石(shi)灰活性度的測定(dìng)及其🔅影響因素研(yán)究——以内蒙古清水(shuǐ)河地區爲例[J]. 河北(bei)工程大學學報：自(zì)然科學版，2013，30（3）：83-87.
[4] 劉潤靜(jing)，谷麗，張志昆，等.石(shí)灰活性影響因素(sù)研究[J]. 無機鹽工🐅業(ye)，2012，44（9）：29-31.
[5] 馬俊彪，鄧輝鵬.幹(gàn)法脫硫石灰消化(hua)工藝[J]. 華電技術，2010，32（5）：74-79.
[6] 常(cháng)熟大衆鈣化物有(yǒu)些公司.幹法脫硫(liú)用高比表面積氫(qing)氧化鈣制備方法(fǎ)：中國，101774620A[P]. 2025-12-24.
[7] 鍾偉飛，吳忠(zhōng)标.石灰消化工藝(yì)的研究與優化[J]. 環(huan)境污染與☂️防🔞治，2004，26（6）：424-426，436.
[8] 塗(tu)開峰，楊國華，張志(zhi)學.粉體消石灰在(zai)雙層濾料床中煙(yan)氣脫硫試驗[J]. 甯波(bō)大學學報：理工版(ban)，2010，23（3）：117-1121.
[9] 矢橋工業株式會(huì)社.氫氧化鈣的制(zhì)備方法：中國，1189814A[P]. 2025-12-24.
[10] Xu Jing，Chen Qinghua，Qian Qingrong. Application of hydrosoluble polymers to preparation of nanoscale calcium hydroxide [J]. Chemical Research in Chinese Universities，2004，20（2）：229-231.
[11] 梁鵬(péng).内蒙古清水河縣(xian)石灰岩特征及成(cheng)因[J]. 中國科🏃技博覽(lan)，2015（18）：246.
[12] 馮增昭，彭勇明，金(jīn)振奎，等.中國早寒(hán)武世岩相古地理(li)🌈[J]. 古🏃‍♂️地理學報，2002，4（1）：1-12.
[13] 馮小(xiao)平，周曉東，謝峻林(lin)，等.石灰的煅燒工(gōng)藝及其結構對活(huo)性度的影響[J]. 武漢(han)理工大學學報，2004，26（7）：28-30.
[14] JTG E51—2009公(gong)路工程無機結合(hé)料穩定材料試驗(yàn)規程[S]

收稿日期：2025-12-24
作(zuo)者簡介：郝志飛（1990— ），男(nan)，在讀碩士，研究方(fāng)向爲煤基固廢高(gāo)值化利用。
通訊作(zuo)者：張印民
聯系方(fāng)式：[email protected]