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“窯街煤電油頁巖半焦綜合利用產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究”項目通過驗收

黏土礦物/生物炭復(fù)合材料微觀形貌

近日，由中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所承擔(dān)“窯街煤電油頁巖半焦綜合利用產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究”項目順利通過蘭州市科技局組織的專家驗收。驗收組聽取了項目匯報，審閱了驗收材料，經(jīng)質(zhì)詢和討論一致認(rèn)為，該項目完成了任務(wù)合同書規(guī)定的各項工作任務(wù)和考核指標(biāo)，項目經(jīng)費(fèi)使用合規(guī)。

據(jù)統(tǒng)計，我國工業(yè)固體廢物年產(chǎn)生量約33億噸，歷史累計堆存量超過600億噸，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，固體廢物的處理處置已刻不容緩。油頁巖半焦是油頁巖經(jīng)干餾煉油后剩余固體廢棄物，由于油頁巖礦化程度高，含油量低，油頁巖半焦產(chǎn)量巨大，僅甘肅窯街煤電集團(tuán)有限公司每年產(chǎn)出約60萬噸，主要以堆存來處理，兼有污染和資源雙重屬性。目前，固體廢棄物的減量化、無害化、資源化是國家重要的發(fā)展戰(zhàn)略之一，也是打好環(huán)境污染防治攻堅戰(zhàn)和建設(shè)美麗中國的重要保障。

窯街煤電集團(tuán)有限公司油頁巖半焦富含有機(jī)質(zhì)和高嶺石、伊利石、伊蒙混層黏土、石英、磁鐵礦等礦物質(zhì)?；趯τ晚搸r半焦礦物學(xué)屬性的認(rèn)知，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所王愛勤研究員團(tuán)隊提出從礦物材料視角探究油頁巖半焦資源化利用途徑。利用窯街煤電集團(tuán)有限公司油頁巖半焦富鉄低鈣的特性，直接以油頁巖半焦所含礦物質(zhì)為基體，分別采用水熱技術(shù)、機(jī)械力化學(xué)法構(gòu)筑了高性能鐵系雜化顏料，系統(tǒng)考察了油頁巖半焦摻量、晶化溫度等因素對雜化顏料顏色的影響行為，揭示了雜化顏料中礦物質(zhì)與顏料納米粒子之間的表界面作用機(jī)制，實現(xiàn)了雜化顏料在防腐涂料和陶瓷顏料領(lǐng)域的功能應(yīng)用，優(yōu)化定型了油頁巖半焦基鐵紅雜化顏料的產(chǎn)業(yè)化工藝條件。研發(fā)的系列雜化顏料具有優(yōu)異的呈色性能、熱穩(wěn)定性、耐酸性和耐鹽霧性能，可替代現(xiàn)有市售鐵系顏料應(yīng)用于防腐涂料和陶瓷顏料等方面。

由于油頁巖半焦富含礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)，項目組研究人員采用油頁巖半焦對模擬煤矸石場地進(jìn)行修復(fù)，結(jié)果表明不同用量油頁巖半焦對植物生長有明顯影響。由于有機(jī)質(zhì)中含有微量多酚類物質(zhì)，當(dāng)油頁巖半焦用量大于15wt%時對植物生長有一定抑制作用。在此基礎(chǔ)上，采用惰性氣氛下原位熱解炭化油頁巖半焦中有機(jī)質(zhì)制備了黏土礦物/生物炭復(fù)合材料，與窯街煤電集團(tuán)有限公司合作建成1wt/a黏土礦物/生物炭復(fù)合材料生產(chǎn)線，并與相關(guān)單位聯(lián)合在隴南、定西、武威和張掖等地開展了農(nóng)業(yè)種植和土壤改良應(yīng)用試驗，施用黏土礦物/生物炭復(fù)合材料有效提升了土壤理化性能和農(nóng)作物產(chǎn)量。

此外，基于以廢治廢的策略，研究人員利用水熱輔助酸、堿處理油頁巖半焦，構(gòu)筑了不同功能吸附材料，實現(xiàn)了對水體陰/陽染料分子、重金屬離子等污染物的高效吸附此外，黏土礦物基有機(jī)/無機(jī)復(fù)合保水劑有較好的吸水保水性能。研究人員采用油頁巖半焦通過自由基聚合反應(yīng)制備了系列有機(jī)/無機(jī)復(fù)合功能保水劑。

研究表明，當(dāng)油頁巖半焦用量為15wt%時復(fù)合保水劑具有最高吸水倍率。通過引入天然高分子和黃腐酸等可賦予復(fù)合保水劑降解、緩釋和促生長功能；利用煅燒油頁巖半焦中鐵氧化物構(gòu)建了綠色氧化還原聚合體系，實現(xiàn)了室溫條件復(fù)合保水劑的可控制備；基于油頁巖半焦的雙親屬性，通過Pickering乳液技術(shù)可制備具有吸水保水和緩釋肥料的多功能復(fù)合保水劑。該系列研究工作為油頁巖半焦在節(jié)水農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用開辟了新途徑。

蘭州日報社全媒體記者華靜