[0001] 本发明涉及一种利用等离子体球磨协同热处理重构煤矸石合成异质硅酸盐吸附材料的方法，属于天然非金属矿物深加工和功能吸附材料制备技术领域。

[0002] 煤矸石是在产煤、洗煤过程中产生的一种大宗固体废物，占煤炭产量的15％。据不完全统计，我国煤矸石累计堆放量已经超过60亿吨，且以约5亿～8亿吨/年的排放量逐年增加。数量巨大的煤矸石固废的堆放不仅占用土地，浪费资源，而且危害生态环境和人体健康，带来严重的环境和安全隐患。目前，煤矸石固废的处置方法主要有回填、掩埋、堆放、铺路路基、烧砖、生产煅烧高岭土等，但总体而言附加值不高，所以煤矸石的资源化利用一直受到广泛关注，亟待开发煤矸石固废资源化利用新技术。

[0003] 从矿物学角度来看，煤矸石中含有以高岭石为代表的黏土矿物(如蒙脱石、伊利石、高岭石、白云母、石英、长石等)，所以煤矸石也是一种储量丰富的天然矿物资源。同时，煤矸石中含有约10～15％的碳，所以煤矸石也是一种天然的碳源。利用煤矸石的矿物属性，可以将煤矸石直接煅烧生产煅烧高岭土，目前已经形成产业规模。然而，在煅烧过程中煤矸石中的碳会转变成二氧化碳排放，不仅没有利用煤矸石先天的“碳源”优势，而且二氧化碳排放对环境污染严重。此外，也有研究者们关注了从煤矸石中提取有价组分(如铝)来提高其利用率，但由于煤矸石中氧化铝含量不到50％，而且含有多种金属组分，提纯分离困难，成本高，所以利用煤矸石提铝在经济性上不可行。综合分析前期研究结果不难发现，将煤矸石中的矿物和碳进行全组分利用，不产生三废排放，是实现煤矸石高值化利用的必然趋势。本发明提出将煤矸石中矿物转化和碳组分活化协同进行的技术路线，在不引入溶剂、不排放三废的前提下将煤矸石转化成多孔硅酸盐@碳异质吸附材料看，目前尚没有报道和技术应用先例。

[0021] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0022] 实施例1：

[0023] 称取10kg煤矸石粉(无机非金属矿物组分含量85％，碳含量15％)，与1kg氢氧化钾和0.5kg过硫酸钾充分混合，然后置于等离子体球磨机内，在球料比为1:1，转速为1000rpm条件下，研磨10分钟，然后用等离子体放电(频率为13.56MHz)在射频功率为100W的条件下处理300秒，将得到的产物在氮气气体保护下，在升温速率为20℃/min，温度为800℃条件下煅烧1h，冷却至室温后得到吸附材料，标记为Si@C‑1。

[0024] 实施例2：

[0025] 称取10kg煤矸石粉(无机非金属矿物组分含量85％，碳含量15％)，与10kg碳酸钾和0.5kg过氧化氢充分混合，然后置于等离子体球磨机内，在球料比为3:1，转速为100rpm条件下，研磨60分钟，然后用等离子体放电(频率为13.56MHz)在射频功率为500W的条件下处理20秒，将得到的产物在氩气气体保护下，在升温速率为5℃/min，温度为600℃条件下煅烧2h，冷却至室温后得到吸附材料，标记为Si@C‑2。

[0026] 实施例3：

[0027] 称取10kg煤矸石粉(无机非金属矿物组分含量90％，碳含量10％)，与1kg氢氧化钾、0.2kg碳酸钾和2kg高锰酸钾充分混合，然后置于等离子体球磨机内，在球料比为1:1，转速为200rpm条件下，研磨30分钟，然后用等离子体放电(频率为13.56MHz)在射频功率为300W的条件下处理80秒，将得到的产物在氩气气体保护下，在升温速率为10℃/min，温度为
300℃条件下煅烧6h，冷却至室温后得到吸附材料，标记为Si@C‑3。

[0028] 实施例4：

[0029] 称取10kg煤矸石粉(无机非金属矿物组分含量88％，碳含量12％)，与1kg氢氧化钠、0.2kg硅酸钠和0.5kg过硫酸铵充分混合，然后置于等离子体球磨机内，在球料比为2:1，转速为300rpm条件下，研磨40分钟，然后用等离子体放电(频率为13.56MHz)在射频功率为200W的条件下处理100秒，将得到的产物在氩气气体保护下，在升温速率为10℃/min，温度为500℃条件下煅烧5h，冷却至室温后得到吸附材料，标记为Si@C‑4。

[0030] 实施例5：

[0031] 称取10kg煤矸石粉(无机非金属矿物组分含量90％，碳含量10％)，与1.5kg氢氧化钠和0.6kg过硫酸钾充分混合，然后置于等离子体球磨机内，在球料比为1:1，转速为200rpm条件下，研磨40分钟，然后用等离子体放电(频率为13.56MHz)在射频功率为300W的条件下处理120秒，将得到的产物在氮气气体保护下，在升温速率为8℃/min，温度为600℃条件下煅烧3h，冷却至室温后得到吸附材料，标记为Si@C‑5。

[0032] 本发明产品的结构表征和性能：通过一系列技术表征，观测煤矸石粉和产品的微观结构形貌。图1是原料和产品的扫描电子显微镜照片，原料中存在片状、块状等矿物组分，而产品的微观形貌则是均匀多孔结构，说明所述的技术将煤矸石各组分转化成了均一的无定型硅酸盐。通过图2所示的X射线粉末衍射图谱也能证明煤矸石转化成了无定型硅酸盐。图3所示的拉曼光谱证明利用煤矸石合成的吸附材料中含有碳。

[0033] 产品的BET比表面积和孔结构参数列在表1中，证明了产品为比表面积较大的介孔材料。原料和产品对水中的铅离子、亚甲基蓝、四环素的吸附量见表2，所制备吸附材料对铅离子、亚甲基蓝、四环素的最大吸附量分别可以达到520.0mg/g、436.1mg/g和280.3mg/g，达到煤矸石原料吸附量的10倍、13倍和6倍。

[0034] 表1煤矸石粉和异质硅酸盐吸附材料的孔结构参数

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[0036] 表2煤矸石粉和异质硅酸盐吸附材料对Pb(II)、亚甲基蓝和四环素的吸附能力(初始浓度400mg/L)

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