安徽师范大学科研团队创新利用煤矸石制备分子筛材料 让固废变资源助力绿色发展

问题——大宗固废“堆得起、用不起、治不快”。

在皖北等煤炭资源富集地区,煤矸石山长期存在。

作为煤炭开采与洗选过程产生的伴生固废,煤矸石堆存不仅侵占土地,还可能在风蚀作用下形成扬尘,在降雨淋溶下产生含盐、含金属离子的渗滤水,进而对土壤与地下水造成影响。

更广的尺度上,我国煤矸石年产生量处于高位,历史堆存体量庞大,治理与综合利用面临长期性、系统性挑战。

原因——综合利用难在“低值化”与“路径不绿”。

煤矸石利用率受制于多重因素:一是成分复杂、矿物相多样,不同矿区煤矸石差异明显,导致工艺适配难、产品一致性难;二是传统利用多集中于填埋、回填、烧结建材等低附加值方向,消纳能力与市场波动相互影响;三是若处理过程能耗高、药耗大、二次污染风险突出,容易陷入“治理成本高于产品价值”的困局。

如何把“必须处置的负担”转化为“可持续的资源”,成为破题关键。

影响——从环境压力到产业机遇的双重指向。

煤矸石问题既是生态环境治理的短板,也是材料与化工领域的潜在资源库。

研究人员指出,煤矸石中二氧化硅、氧化铝等含量较高,理论上可作为硅铝源,进入分子筛等功能材料体系。

分子筛因其规整孔道结构,被广泛应用于石油化工催化、尾气净化、挥发性有机物治理、污水深度处理等领域,被业内称为“工业维生素”。

如果能够以煤矸石替代部分传统化工原料,在降低成本的同时提升固废利用的附加值,将有望带动环境治理与绿色制造的协同增效。

对策——以技术创新打通“固废—材料—应用”链条。

安徽师范大学化学与材料科学学院学生团队在指导教师带领下,依托学校相关科研平台组建攻关团队,围绕煤矸石定向合成分子筛开展系统研究。

团队从原料端入手,针对煤矸石“活性不足、杂质影响大”等难点,探索球磨、预处理、活化与晶化等关键环节的耦合优化,力求在提高硅铝组分利用效率的同时降低能耗与污染风险。

据介绍,团队形成了面向煤矸石的绿色合成思路,使煤矸石综合利用率进一步提升,并在成本控制方面取得进展,提出分子筛骨架原子来源尽可能由煤矸石提供的技术路线,强化“以废治废”的循环逻辑。

在产品端,团队面向不同应用需求,已合成多种结构类型的分子筛材料,并尝试解决分子筛从粉体走向工程化应用所需的成型与稳定性问题,探索包括多结构成型在内的工艺路线,提高材料在实际工况下的可用性。

在模拟测试中,相关材料在机动车尾气处理、塑料资源化转化等方向呈现出一定应用潜力,为后续中试验证提供了数据基础。

部分成果已申请发明专利,推动关键工艺由实验探索向工程化储备迈进。

更重要的是,团队将“能做出来”向“能用起来”延伸。

成员利用假期走进石化与材料企业开展交流,学习工业化生产流程与质量控制体系,并围绕VOCs治理、废水深度处理等具体场景对接企业需求。

在与企业的沟通中,产品一致性、长期稳定性、规模化成本、供应链适配等成为技术迭代的重点方向。

团队已推动多项产学研合作落地,与相关企业签署技术开发协议,并尝试在上游与矿区端建立更紧密的原料供给与应用闭环,为煤矸石源头减量与就地消纳探索路径。

前景——从示范到推广,关键在标准化与规模化。

煤矸石高值化利用的下一步,既取决于技术成熟度,也取决于产业组织方式与政策环境。

一方面,需要在不同矿区煤矸石原料差异的条件下建立分级分质利用方案和评价标准,推动工艺参数与产品指标标准化,降低规模化应用的不确定性;另一方面,要以应用场景牵引,围绕大气污染治理、清洁燃料与化工原料转化、水处理等需求,开展中试与工程验证,形成可复制的产业化路线。

同时,固废资源化项目往往涉及环保、能耗、安全等多维约束,需在全生命周期视角下核算碳足迹与环境收益,避免“用绿色产品包装高排放过程”。

在碳达峰碳中和目标背景下,若能把大宗固废转化为关键功能材料,并实现规模化、低碳化生产,有望成为地方绿色转型的新增长点。

从环境负担到资源宝库,煤矸石的华丽转身印证了科技创新的力量。

这项由高校青年科研团队主导的技术突破,不仅展现了新时代科研工作者的责任担当,更揭示了循环经济发展的广阔前景。

当越来越多的"废物"通过技术创新实现价值重生,我们距离绿色发展的目标也将越来越近。

这或许正是生态文明建设的应有之义——让每一份资源都物尽其用,让每一寸土地都焕发生机。