煤气化细渣的零废弃资源化：分步将碳和铝硅酸盐组分转化为多孔材料以实现结晶紫的高效去除

《Process Safety and Environmental Protection》：Zero-waste valorization of coal gasification fine slag: Staged conversion of carbon and aluminosilicate fractions into porous materials towards high-efficacy removal of crystal violet

　　

摘要

大量排放的煤气化细渣（CGFS）对环境构成了挑战，而当前的回收利用在碳或铝硅酸酯组分的高效、单一组分利用方面存在不足。全组分利用效率低仍是一个关键瓶颈。在此，我们提出了一种分级全组分转化策略，通过定向将铝硅酸盐转化为P型沸石（PTZ）、通过镍催化制备多孔碳（NCPC），并利用剩余残渣合成碳/P-沸石复合材料（CPCMs），将CGFS转化为三种高附加值多孔材料。结构和吸附性能评估表明，在结晶紫（CV）去除方面，NCPC表现出最高的BET比表面积为1260.6 m²/g，在30分钟内达到吸附平衡，对水溶液中CV的Langmuir最大吸附容量达到1177.78 mg/g，远超PTZ（434.78 mg/g）和CPCMs（454.55 mg/g）。所有材料均表现出快速的准二级动力学特征，吸附过程为放热且自发进行。NCPC在pH 3–11范围和高温盐条件下保持近乎100%的去除效率，对离子强度的依赖性较弱，其机制源于孔填充、π–π堆积和静电作用。这种分级转化策略实现了CGFS的零废物升级利用，为染料废水修复提供了稳健、低成本的吸附剂。

部分摘要

引言

煤气化渣（CGS）的全组分资源利用是中国西部地区煤炭基能源高效转化和生态环境领域的一大实际需求。CGS是煤化工产业产生的一种典型大宗工业固体废弃物（Fan等，2025）。随着煤气化技术的快速发展，CGS的年排放量已达数千万吨，并呈现持续上升趋势。煤气化渣（Sun等

材料与预处理

盐酸（HCl，36–38 wt%）、氢氧化钠（NaOH，AR级）、六水硝酸镍（分析纯）和CV（AR级）均购自国药集团化学试剂有限公司。去离子水由实验室自制。

煤气化细渣（CGFS）取自中国宁夏宁东能源化工基地的GSP干煤粉气化工艺。进行了工业分析、元素分析、高位发热量和灼烧减量测定。

材料相分析

采用X射线衍射（XRD）表征了通过煤气化渣全组分利用合成的材料的相组成。所制备样品的XRD图谱如图2所示。采用Scherrer方程计算样品的微观结构参数，包括晶粒尺寸、层间距、结晶度和单位晶胞参数（表1）。具体计算公式如下：$$D=K\lambda /\beta cos\theta$$其中D代表晶粒尺寸（nm）；K

结论

综上所述，通过分级全组分转化策略，从CGFS成功制备了PTZ、NCPC和CPCMs，并应用于从水溶液中吸附结晶紫（CV）。主要结论如下。

• (1)
  分级转化策略实现了CGFS富碳组分和富硅铝组分的差异化利用。PTZ表现出典型的沸石晶体结构，比表面积为57.4 m²·g^?1，而NCPC具有显著更高的

未引用的参考文献

（Li等（2025a））

CRediT作者贡献声明

刘才竹：方法学、调查研究。韩蓉蓉：数据管理。卢有鹏：数据管理。吴蒙：可视化、软件、数据管理。李孝梅：可视化。祁瑶：可视化。吴玉华：审稿与编辑、监督、资源、资金获取、概念构思。王铦：初稿撰写、调查研究、正式分析、数据管理。白红春：资源、项目管理。张辉：监督、资源。吴见波：监督。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文报道工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作主要由中国国家自然科学基金（编号：22566027）资助。

利益冲突声明

作者声明不存在竞争性利益。

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