一種粉煤灰合成沸石的方法
2023-06-13 22:43:56 1
一種粉煤灰合成沸石的方法
【專利摘要】一種粉煤灰合成沸石的方法，包括如下步驟：將粉煤灰與鹼按照鹼灰摩爾比1:1～4:1放置於坩堝中混合均勻後，置於馬弗爐中在500℃～900℃下熔融0.5～4h，取出自然冷卻後，破碎得到熔融樣品；取2.5～10g熔融樣品溶於100ml去離子水中，攪拌溶解，過濾洗滌得到提取液；將提取液旋蒸濃縮至40ml，膠化20～40min；置於50ml水熱反應釜中，密封后放入溫度為100～120℃的馬弗爐中12～48h，進行水熱反應；冷卻至室溫，抽濾洗滌乾燥即得到沸石結晶樣品；本發明方法提高了沸石的質量以及產量，降低了成本，簡化了工藝流程，為工業固廢粉煤灰的高品位資源化利用提供一個新的途徑。
【專利說明】一種粉煤灰合成沸石的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於燃煤發電行業副產物粉煤灰資源化處理處置【技術領域】，具體涉及一種 粉煤灰合成沸石的方法。
【背景技術】
[0002] 根據中國國家能源局公布2013年電力工業運行情況，化石能源發電裝機量約佔 70%，我國的電力仍然以火力發電為主。煤炭由於產量高、價格低，成為火力發電的主要燃 料，燃燒副產物粉煤灰也成為了我國當前排量較大的工業廢渣之一，2013年的產量已經達 到5. 32億噸。大量粉煤灰如果得不到合理處置，可能產生揚塵汙染及佔用土地等問題。粉 煤灰的主要化學成分為矽、鋁、鐵、鈣的氧化物和未燃盡的炭，同時還有少量的鎂、鉀、鈉、 硫、磷等的氧化物，以矽酸鹽玻璃態微珠形式存在。基於對以上成分的應用，目前粉煤灰的 資源化技術主要包括農業中改良土壤，建築行業中摻混混凝土，化工行業中提取鋁，以及環 境行業中改性做吸附劑和沸石等。
[0003] 沸石是一種鋁矽酸鹽晶體，由[SiO4]4^和[AlO 4]5^四面體組成。四面體通過共用氧 原子連接，構成矽鋁氧四面體群。四面體互相連接成環形和籠形，形成孔穴和空腔，使沸石 具有了較大的比表面積。這種結構和組成使沸石擁有良好的吸附性能、離子交換性能，可以 用於汙水廢氣中常見汙染物的吸附處理；同時也具有了擇形催化性能，可用於石油化工裂 解催化；此外矽鋁結構的穩定性以及大比表面積使其成為良好的催化劑基體材料，可用於 嫁接有機胺吸附CO 2，或嫁接Pt/Ni催化產氫等。
[0004] 目前比較傳統的粉煤灰合成沸石的方法包括直接水熱法和鹼融-水熱法。直接水 熱法使用高濃度鹼液對粉煤灰進行破解，該方法條件較為溫和，但對粉煤灰中較為穩定的 石英石及莫來石等晶體結構破解效果較差，對粉煤灰的資源利用率不高。
[0005] 鹼融-水熱法用高溫鹼熔融代替了鹼液，很好的解決了晶體結構活化效果差的問 題，提高Si、Al的利用率。目前國內外研究已經有很多粉煤灰鹼融-水熱法合成沸石的案 例，針對其中存在工藝比較複雜、成本較高等問題，本發明不額外添加矽鋁材料或模板劑， 降低成本；縮短膠化時間；通過過濾工藝去除鐵，簡化省略除鐵工藝；並通過優化工藝參 數，得到了較高比表面積的沸石成品。
【發明內容】
[0006] 為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在於提供一種粉煤灰合成沸石 的方法，該方法通過對鹼融-水熱法工藝參數以及工藝流程的優化，提高沸石的質量以及 產量，為工業固廢粉煤灰的高品位資源化利用提供一個新的途徑。
[0007] 為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案：
[0008] -種粉煤灰合成沸石的方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟1 :原料混合，將一定質量粉煤灰與鹼按照鹼灰摩爾比 (mol (Si+Al) :molOH_) 1:1?4:1放置於?甘禍中混合均勻；
[0010] 步驟2 :固體鹼熔融，將裝有粉煤灰與鹼的坩堝置於馬弗爐中在500°C?900°C的 溫度下熔融〇. 5?4h，取出自然冷卻後，破碎後進行機械球磨，至顆粒粒徑小於1 μ m，得到 熔融樣品，稱量質量；
[0011] 步驟3 :溶解，取2. 5?IOg熔融樣品溶於IOOml去離子水中，即液固質量比為 10:1?40:1，攪拌溶解，過濾洗滌得到提取液；
[0012] 步驟4 :濃縮,將提取液旋蒸濃縮至40ml,即液固質量比為4:1?16:1,膠化時間 20?40min ;，置於50ml水熱反應釜中；
[0013] 步驟5 :水熱反應，將反應釜密封后放入溫度為100?120°C的馬弗爐中12?48h， 進行水熱反應，反應過程中依靠加熱中水的蒸發以及上方氣體的膨脹自動升壓；
[0014] 步驟6 :抽濾洗滌，水熱反應完成後，將樣品冷卻至室溫，用濾膜進行抽濾洗滌，保 留濾膜上的物質，烘乾即得到沸石結晶樣品。
[0015] 步驟 1 所述的鹼為 NaOH、KOH、Na2CO3 或 Ca (OH) 2。
[0016] 和現有技術相比較，本發明具備如下優點：
[0017] 1.工藝中不額外添加矽鋁材料或模板劑，降低成本。
[0018] 2.縮短膠化時間，簡化工藝流程。
[0019] 3.通過過濾工藝去除鐵雜質，簡化除鐵工藝。
[0020] 4.該方法生產工藝簡單，在工藝參數改進後得到了方鈉石型沸石產品，比表面積 最高達到了 94. 39m2/g，結晶度約為80%，方鈉石結構矽鋁摩爾比為1:1。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明工藝流程圖。
[0022] 圖2為原料粉煤灰XRD圖譜。
[0023] 圖3為沸石樣品XRD圖譜。
[0024] 圖4為原料粉煤灰氮氣吸附解吸曲線。
[0025] 圖5為沸石樣品氮氣吸附解吸曲線。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作詳細的說明。
[0027] 本發明的工藝流程如圖1所示，主要分為熔融和結晶兩個部分，下面結合具體的 實施案例對本發明進行更詳盡的描述，但不受這些實施例的限定。
[0028] 實施例1
[0029] 本實施例一種粉煤灰合成沸石的方法，包括如下步驟：
[0030] 步驟1 :原料混合，取20. OOg粉煤灰與54. 48gNaOH (即鹼灰摩爾比為3:1)放置於 IOOmL坩堝中，用玻璃棒攪拌混合均勻；
[0031] 步驟2 :固體鹼熔融，將裝有粉煤灰與鹼的坩堝置於馬弗爐中在800°C下熔融lh， 取出自然冷卻後，破碎後進行機械球磨，至顆粒粒徑小於I μ m，得到熔融樣品，稱量質量；
[0032] 步驟3 :溶解，取5g熔融樣品溶於IOOmL去離子水中（即液固質量比為20:1)，攪 拌溶解，過濾洗滌得到提取液；
[0033] 步驟4 :濃縮,將提取液旋蒸濃縮至40ml,即液固質量比為8:1,膠化時間20min,置 於50ml水熱反應釜中；
[0034] 步驟5 :水熱反應，將反應釜密封后放入120°C的馬弗爐中，水熱反應12h ;
[0035] 步驟6 :抽濾洗滌，水熱反應完成後，將樣品冷卻至室溫，用濾膜進行抽濾洗滌，保 留濾膜上的物質，l〇〇°C烘乾，得到沸石結晶樣品。
[0036] 實施例2
[0037] 本實施例一種粉煤灰合成沸石的方法，所述步驟與實施例1相同，區別在於步驟1 中NaOH的質量為27. 24g (即鹼灰摩爾比為1. 5:1)，步驟2中700°C熔融3h，步驟5中水熱 反應溫度為l〇〇°C，時間為24h。
[0038] 實施例3
[0039] 本實施例一種粉煤灰合成沸石的方法，所述步驟與實施例1相同，區別在於步驟1 中NaOH的質量為18. 16g (即鹼灰摩爾比為1:1)，步驟2中500°C熔融2h，步驟5中反應時 間為24h。
[0040] 實施例4
[0041] 本實施例一種粉煤灰合成沸石的方法，所述步驟與實施例1相同，區別在於步驟1 中鹼的種類為Κ0Η,質量為38. 14g (即鹼灰摩爾比為1. 5:1)。
[0042] 實驗實施例1 :
[0043] 採用X射線衍射儀（德國西門子，DSAdvance型）測定材料粉煤灰原料以及沸石產 品的晶體結構特徵。儀器輻射源選用Cu-Κα (λ =〇. 15406nm)。在連續掃描模式下測定粉 煤灰樣品，2 Θ角範圍5°?105°，掃描速度2° /min。圖譜見圖2。在步進模式下測試測 定沸石樣品，2 Θ角範圍3°?90°，步長為0.02°，步進時間為ls，實施例1圖譜見圖3。 實施例1?3的晶型分析結果見表1。
[0044] 表1沸石樣品性質
【權利要求】
1. 一種粉煤灰合成沸石的方法，其特徵在於：包括如下步驟： 步驟1 :原料混合，將一定質量粉煤灰與鹼按照鹼灰摩爾比1:1?4:1放置於坩堝中混 合均勻； 步驟2 :固體鹼熔融，將裝有粉煤灰與鹼的坩堝置於馬弗爐中在500°C?900°C的溫度 下熔融〇. 5?4h，取出自然冷卻後，破碎後進行機械球磨，至顆粒粒徑小於1 y m，得到熔融 樣品，稱量質量； 步驟3 :溶解，取2. 5?10g熔融樣品溶於100ml去離子水中，即液固質量比為10:1? 40:1，攪拌溶解，過濾洗滌得到提取液； 步驟4 :濃縮，將提取液旋蒸濃縮至40ml，即液固質量比為4:1?16:1，膠化時間20? 40min，置於50ml水熱反應釜中； 步驟5 :水熱反應，將反應釜密封后放入溫度為100?120°C的馬弗爐中12?48h，進 行水熱反應，反應過程中依靠加熱中水的蒸發以及上方氣體的膨脹自動升壓； 步驟6 :抽濾洗滌，水熱反應完成後，將樣品冷卻至室溫，用濾膜進行抽濾洗滌，保留濾 膜上的物質，烘乾即得到沸石結晶樣品。
2. 根據權利要求1所述的一種粉煤灰合成沸石的方法，其特徵在於：步驟1所述的鹼 為 NaOH、KOH、Na2C03 或 Ca (0H) 2。
【文檔編號】B09B3/00GK104402017SQ201410641519
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】蔣建國, 李天然, 顏楓 申請人:清華大學