1、颗粒表面改性处理颗粒表面改性处理以粉煤灰改性颗粒为例以粉煤灰改性颗粒为例010203颗粒及颗粒学概述颗粒及颗粒学概述0405颗粒的表面改性技术颗粒的表面改性技术粉煤灰颗粒表面改性技术粉煤灰颗粒表面改性技术改性粉煤灰颗粒的应用改性粉煤灰颗粒的应用目录目录粉煤灰微珠颗粒粉煤灰微珠颗粒颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用School of Environment Science and EngineeringScholarshipsTeacher volunteerLeague branch secretaryMinister of Students Union颗粒
2、是处于分割状态下的微小固体、液体或气体，但泛指固体颗粒，液体颗粒和气体颗粒相应称为液滴和气泡。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用School of Environment Science and EngineeringScholarshipsTeacher volunteerLeague branch secretaryMinister of Students Union颗粒学 研究颗粒形成、形态（貌）、性能、运动（流动）和变化规律及其工程应用的科学。颗粒测试（表征）颗粒测试（表征）气溶胶气溶胶颗粒制备与处理颗粒制备与处理颗粒多相流（流态化）颗粒多相流（流态化
3、）超微颗粒（纳米、超微颗粒（纳米、微米、纳微米颗粒）微米、纳微米颗粒）生物颗粒、能源颗粒生物颗粒、能源颗粒xt研究研究方向方向 颗粒测试仪颗粒测试仪器、性能测试器、性能测试（几何、物理）、（几何、物理）、表面特性及堆积表面特性及堆积体力学特性。体力学特性。颗粒制备、分级、颗粒制备、分级、分散、分散、表面改性处理表面改性处理（修饰）（修饰）循环流化床催化裂化、气固催化反应循环流化床催化裂化、气固催化反应器、燃烧和气化、超细颗粒流态化、超临器、燃烧和气化、超细颗粒流态化、超临界流体流态化、流化床干燥、气粒输送等界流体流态化、流化床干燥、气粒输送等 气溶胶基本特性、气溶胶基本特性、发生、采样、监测、
4、发生、采样、监测、分析技术、动力学、分析技术、动力学、过滤、清洁过滤、清洁 超微颗粒制备工艺、超微颗粒制备工艺、处理技术、表征、应用处理技术、表征、应用 生物颗粒、能源生物颗粒、能源颗粒相关技术研究颗粒相关技术研究颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用 液相法处理、干法改性液相法处理、干法改性处理、气相法处理、机械力处理、气相法处理、机械力化学处理、高能辐射（包括化学处理、高能辐射（包括等离子体、激光、电子束等）等离子体、激光、电子束等）处理等处理等处理工艺处理工艺处理设备处理设备表面改性剂表面改性剂表面改性（修饰）技术 是指采用一定的方法对颗粒表面进行改性、修饰
5、及加工处理，有目的地改变颗粒表面的物理、化学性质，以满足颗粒加工与应用需要的一门技术。偶联剂：钛酸酯偶联剂、硅偶联剂：钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂烷偶联剂、铝酸酯偶联剂表面活性剂表面活性剂有机低聚物有机低聚物有机硅有机硅液相法：液相法：可控温搅拌反应釜、可控温搅拌反应釜、可控温搅拌反应罐、湿法搅可控温搅拌反应罐、湿法搅拌磨等。拌磨等。干法改性：干法改性：间歇式的高搅拌间歇式的高搅拌机和连续式的机和连续式的SLGSLG型粉体表面型粉体表面改性机、改性机、PSGPSG型粉体表面改性型粉体表面改性机等；机等；机械力化学处理设备：机械力化学处理设备：振动振动磨、球磨机、气流粉碎机、磨、球磨机
6、、气流粉碎机、行星磨等；行星磨等；气相处理：气相处理：流化床、气流湍流化床、气流湍流颗粒分散与改性设备等；流颗粒分散与改性设备等；高能辐射处理：高能辐射处理：等离子体、等离子体、激光束型、电子束型等设备。激光束型、电子束型等设备。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用粉煤灰 粉煤灰是火力发电厂排放的固体废物，它是以一定细度的煤粉在锅炉中燃烧（1100-1500）后，由除尘器收集到的粉状物质，又称“飞灰”。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用粉煤灰微珠颗粒性质 微集料效应是指微集料效应是指具有一定粒度配比的具有一定粒度配比的微珠能均匀
7、地分布在微珠能均匀地分布在聚合物之中聚合物之中.将粉煤将粉煤灰用作塑料、橡胶等灰用作塑料、橡胶等的填料。的填料。泛指粉煤灰的颗泛指粉煤灰的颗粒形貌、细度、级配粒形貌、细度、级配、表面粗糙度、结构、表面粗糙度、结构等几何特性以及色度等几何特性以及色度、密度等特性所产生、密度等特性所产生的效应，主要指粉煤的效应，主要指粉煤灰中球形玻璃体的滚灰中球形玻璃体的滚动、润滑作用。动、润滑作用。是指粉煤灰活性是指粉煤灰活性组分与氢氧化钙起反应组分与氢氧化钙起反应并形成一定强度的胶凝并形成一定强度的胶凝材料的活性效应。但粉材料的活性效应。但粉煤灰表面结构致密，可煤灰表面结构致密，可溶性溶性SiOSiO2 2、
8、AlAl2 2O O3 3少，少，早期化学活性低，需要早期化学活性低，需要激发（超细研磨、酸或激发（超细研磨、酸或碱侵蚀）。碱侵蚀）。形态效应微集料效应火山灰活性颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用普通粉煤灰颗粒应用限制 由于高温作用，表面活性基团少，与聚合物分子很难产生可观的附着力。限制1 外表光滑、表面封闭，且比表面积小，吸附除污能力弱。限制2 白度低，在橡胶、塑料行业做浅色填料受到限制。限制3颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用机械磨细改性 一方面可粉碎粉煤灰中粗大多孔的玻璃体，解除玻璃体颗粒粘结，进而粉煤灰表面缺陷增多，许
9、多新界面产生，比表面积增大，表面性质改善；另一方面，施加的机械能直接破坏粉煤灰的玻璃体，使得粉煤灰颗粒内部晶格畸变、缺陷增加、无定形化，键与键断裂，游离基生成，活性分子增加，表面自由能增大，吸附活性提高；而且磨细后粉煤灰表面上的不饱和键和有残余电荷的活化位，可促进粉煤灰颗粒离子交换和置换能力的提高。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用高温焙烧改性 高温焙烧改性时，粉煤灰中的可熔性物质熔化，玻璃网络结构破坏，原来的高聚体硅酸盐网络解聚，粉煤灰颗粒变得疏松多孔，体积增大，表面积增大。同时，在高温焙烧改性开始时，随着温度的升高，粉煤灰颗粒表面的水分被蒸发掉，使得粉煤灰
10、表面的更多吸附活性点裸露出来，促进了粉煤灰吸附能力的提高。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用微波改性在微波改性时，粉煤灰中SiO2、Al2O3等极性氧化物可吸收微波能量，使粉煤灰中的Si-O键和Al-O键处于高能状态，并在一定活跃度下，Si-O键和Al-O键破裂，释放其中的Si、Al活性，提高粉煤灰的吸附性能。另外，微波的加热作用还会使粉煤灰中的部分挥发成分挥发，甚至使部分堵塞孔隙的杂质脱除，进而增大粉煤灰的孔隙率和比表面积。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用超声波改性超声波改性过程中，超声波由于振荡传播对粉煤灰产生机械破碎作
11、用，从而粉煤灰的内部断裂面增多，孔道增加，堵塞孔隙的杂质剔除，比表面积增加，物理吸附能力增强。同时，超声波通过空化作用对化学改性方法起着很好的辅助作用。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用水热合成改性在水热压蒸条件下，粉煤灰的硅酸盐网络被激活，水可直接破坏粉煤灰的硅酸盐网络，且温度越高，破坏作用越强，因此，粉煤灰颗粒更加疏松多孔，比表面积进一步增强。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用酸改性 原粉煤灰表面光滑致密，且含有大量的硅、铝氧化物，而经过酸处理后表面变粗糙，形成凹槽和孔洞，能增大粉煤灰比表面积，提高吸附性能。酸改性具有改性
12、速度快、时间短、效率高的特点。粉煤灰经混酸（盐酸+硫酸）改性后前后对比常用的酸：盐酸、硫酸、硝酸、混酸。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用碱改性 用碱对粉煤灰改性时，粉煤灰颗粒表面的 SiO2会发生化学解离而产生可变电荷，可以破坏粉煤灰颗粒表面的坚硬外壳，增大其比表面积，而且使玻璃体表面可溶性物质与碱性氧化物反应生成胶凝物质，并使粉煤灰中的莫来石及非晶状玻璃相熔融，从而提高活性。在碱性条件下粉煤灰颗粒表面上的羟基中的H还可以发生解离，从而使颗粒表面部分带负电荷，因此废水中带正电荷的金属离子和阳离子型染料很容易被吸附在改性后的粉煤灰颗粒表面。常用的碱：水玻璃、氢
13、氧化钠、碱石灰颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用盐改性 采用粉煤灰制成沸石，然后对其进行盐改性，分别得到了 Ca、Mg、Al 和 Fe 改性的沸石材料，并用这些改性材料来同时去除水中的氨氮和磷酸盐，结果发现经铝盐改性的沸石具有很好的同时去除氨氮和磷酸盐的能力。用氯化钙、氯化钾和氯化铁分别对 NaOH 改性后的粉煤灰进行离子交换，分别得到了钙、钾和铁改性的粉煤灰。颗粒及颗粒学 表面修饰技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面修饰方法 应用偶联剂改性 偶联剂对微珠有良好润湿包覆作用，增加了微珠和树脂之间的亲和力。填充后所得复合体系，由于一方面降低了树脂与微珠间的界面张力，
14、另一方面加大了树脂分子间的距离，降低了聚合物分子间的范德华力，所以当材料受到冲击时，裂纹与应力集中减少，使得破坏需要更大的能量；同时，由于材料的韧性增加，使材料在冲击力下有微小变形缓冲过程，能量被吸收、分散，减小了内部的微裂纹和应力集中减少，使抗缺口冲击性能得到提高。常用的偶联剂：硅烷、铝酸酯、钛酸酯、锆酸酯。硅烷偶联剂：有机硅烷偶联剂与固体无机物的作用可以通过水解基团与填料表面以氢键形式键合，相互缩合作用形成稳定的单分子覆盖层，同时也可以被无机填料以化学吸附和物理吸附的形式吸附硅烷偶联剂的水解层。而物理吸附层结合不牢，极易被水冲洗去除；化学吸附层和内层单分子覆盖层结合牢固，是填料与高分子树脂
15、之间结合的过渡层。铝酸酯偶联剂：铝酸酯与粉煤灰微珠表面上有Si-O-Al键的生成。Si-O-Al键的生成是由于铝酸酯中的烷氧基(RO-)与微珠表面的羟基发生化学反应，并以化学健连接在微珠表面形成一层偶联剂单分子层；另一部分含有长的碳链基团则可与有机分子亲合而进行缠绕，使微珠表面由亲水性向亲油性过渡。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用表面活性剂改性 改性粉煤灰的表面活性剂主要为乳化剂系列和吐温80，聚合物活性剂有聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；高分子单体改性剂有丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化
16、铵、十六烷基三甲基溴化铵（HDTMA）。干法：称取一定量的粉煤灰,放置在玻璃表面皿上,再取一定量配制好的改性剂(配合引发剂)喷洒于粉煤灰表面,充分搅拌后,在100烘箱干燥2h。湿法：将三口烧瓶置于恒温水浴中，将恒温水浴置于磁力搅拌器上，在三口烧瓶中加入适量蒸馏水和改性剂，搅拌均匀后加入一定细度粉煤灰，调节温度为70，反应2h，冷却、离心分离、沉淀，在100烘箱中干燥2h，即可得到粉煤灰粉体的表面改性产品。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用表面包覆改性 利用化学镀的方法对表面已粗化的粉煤灰空心颗粒再进行表面改性，化学镀是在无电流通过时借助还原剂在同一溶液中发生氧
17、化还原反应，从而使金属离子还原沉积在粉煤灰颗粒表面。主要是镀铜、镀镍、镀银，制成吸波材料，电磁防护材料，密度小，导电性好。镀镀镍镍镀镀铜铜后后镀镀镍镍颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用表面包覆改性 均匀沉淀法，将生成的氢氧化铝包覆在粉煤灰颗粒表面，包覆效果均匀，最佳操作条件：粉煤灰沉珠：硫酸铝：尿素=1:2:0.6，硫酸铝浓度为15%，温度100，反应6.5h，pH控制在6左右，改性粉煤灰颗粒可用以制备着色颜料。颗粒及颗粒学 表面改性技术 粉煤灰微珠颗粒 粉煤灰表面改性技术 应用13245作为橡胶、塑料和沥青等的填充料，对于橡胶，可起到体轻、耐磨、隔热，阻燃作用，可作为补强剂；提高塑料耐热、尺寸稳定性；可制得固体沥青。用于建材制品及混凝土的生产，经改性后的粉煤灰可提高水泥的标号或水泥中粉煤灰的掺量。可用于水处理，染料废水、含酚废水、重金属离子废水、含氮、磷废水。改性后粉煤灰粉体可作为电磁防护涂料的导电填料，密度小，导电性能好。制备着色颜料、制备超细纤维、微晶玻璃。改性粉煤灰颗粒应用谢谢！
