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工业固体废渣高值化利用关键技术及应用研究

随着现代工业的快速发展，我国每年产生的固体废渣（粉煤灰、煤气化渣和油页岩渣等）多达几亿吨，并且每年的排放量也在逐渐增加。这些废渣目前绝大多数处于露天任意堆放状态或者拉到填埋场填埋，不仅占用大量土地资源，而且还严重污染空气、土壤和水源，甚至危害人们的生命健康，这些废渣处理难度大、利用率低、见效慢，目前国内还没有将其大规模高值化利用的技术和相关研究。因此，对工业废渣的综合开发利用变得刻不容缓。近年来，国家先后出台相关政策文件和重大专项计划用于处理工业废渣。2021年3月国家发展和改革委员会联合九部门发文提出：到2025年，新增大宗固废综合利用率要达到60%以上，存量大宗固废有序减少。2021年10月，国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》中指出，加强大宗固废综合利用，以煤矸石、粉煤灰、油页岩渣、煤气化渣等大宗固废为重点，支持大掺量、规模化、高值化利用，加快大宗固废综合利用示范建设。2021年12月，工信部印发《“十四五”工业绿色发展规划》中强调，推进工业固废规模化综合利用。目前，固体废渣主要用于建筑材料，如胶凝材料、水泥熟料、墙体砖、人造大理石、陶粒和微晶玻璃等。少数研究者将油页岩渣和煤气化渣用于制作复合陶瓷、催化剂和吸附剂等，其中吸附剂材料由于具有丰富的微孔和介孔结构受到国内外研究者的广泛关注，但已有研究合成的介孔材料都是采用加入模板剂的水热合成方法，合成的产物吸附活性较低，并且此合成方法得到的介孔材料工艺复杂，工艺条件苛刻，成本高。为此，课题组开展了工业固体废渣高值化利用关键技术及应用研究，主要包括以下几方面：

1、以工业废渣中多孔炭和无机成分独特性质为基础，采用酸浸法制备出了介孔二氧化硅硅微球与炭硅复合介孔材料，通过调节酸浸滤液的pH值，得到了净化效果优异的聚合铁铝净水剂，实现了煤气化细渣整体化利用的关键技术。

2、发明了利用工业废渣制备炭/硅复合沸石材料关键技术，破解了单体吸附剂应用领域窄、吸附效果差和比表面积低的瓶颈，实现了炭/硅复合沸石对水溶液中有机污染物和重金属离子的高效吸附。

3、提出了利用油页岩渣制备新型沸石的技术方案，采用水热法合成了X和P型沸石，明确了两种沸石对污水中有机染料和重金属离子以及空气中甲醛的吸附规律，建立了沸石吸附有机染料的调控模型，实现了沸石的循环再生关键技术；并成功将油页岩渣用于酸性土壤的改良。

该科技创新成果在吸附、催化、电化学、生物学等领域有着十分广阔的应用，项目开发的多孔炭主要用于炼钢企业低挥发无烟喷吹燃料和清洁型煤，高纯度多孔炭用于活性炭领域、电池电极填充料和净化水质领域等，多孔二氧化硅硅微球可用于催化剂和生物药物载体、多孔碳硅复合沸石和X/P型沸石可用在污水处理和废气吸附领域。其应用前景深远，未来市场可期。