CN104291349A - 一种以粉煤灰为原料制备p型分子筛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法,这种以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法:一、粉煤灰预处理及活化;二、利用活化后的粉煤灰制备硅酸钠和偏铝酸钠;三、合成P型分子筛:先将硅酸钠溶液与钠盐混合均匀,再将偏铝酸钠溶液逐滴加入到上述混合液中,最后加入有机位阻剂和适量的去离子水,形成反应混合物,反应混合物以摩尔比计为:SiO2/Al2O3=0.4─1.8,M/Al2O3=1 ─ 5,Na2O/Al2O3=2 ─ 4,H2O/SiO2=20 ─ 150,有机空间位阻剂M为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种;将混合好的物料装入聚四氟乙烯容器,搅拌,然后放入不锈钢反应釜中,水热合成2h ─ 8h;取出反应釜内的生成物,离心分离并用去离子水洗涤,干燥,得到P型分子筛。本发明合成成本低,晶化时间短,P型分子筛产率高。
Description
技术领域
本发明涉及分子筛合成方法,具体涉及一种以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法。
背景技术
P型分子筛具有斜碱沸石骨架结构,其八元环结构中的孔是由0.31nm×0.44nm和0.26nm×0.49nm的二维孔道相互交错组成,由于其具有良好的吸附一些小原子的气体或液体的性能,在工业上经常被用来处理污水中有毒放射性元素,以及制备环保清洁剂。P型分子筛对水溶液中钙、镁、钾离子有很好的选择性和离子交换性能,加上独特的中孔结构使其具有很高的非离子表面活性剂吸附容量,能够提高洗涤剂中某些昂贵组分的稳定作用,因此,P型分子筛在洗涤助剂、水处理和吸附分离等领域有着十分地广泛应用。
公开号为CN103274427的发明提供了一种制备P型分子筛的方法,即将硅源、铝源、NaOH、水等混合均匀经晶化得到P型分子筛,但该方法中硅铝比较高,制备过程复杂。公开号为CN103687356的发明提供了一种多孔级P型分子筛的制备方法,该方法向前驱液中加入介孔模板剂和分子筛导向剂制备出了多孔级P型分子筛,但由于介孔模板剂和分子筛导向剂的加入导致所需硅铝比较高,原料消耗量加大,且制备周期较长。此外,上述发明所用化学试剂均为原料,生产成本较高,而且加入过多的碱会导致沸石在水热合成条件下溶解速度增加而造成产率降低。因此,探寻低原料成本、高产率且制备周期较短的制备P型分子筛的新方法,对P型分子筛的工业应用具有重要意义。
煤灰通常是指燃煤发电厂所产出的副产物,是我国当前排量较大的工业废渣之一,目前中国电行业越来越依赖燃煤发电,在未来的很多年内粉煤灰的产量都将持续增加。粉煤灰的回收利用可实现其资源化利用,并可取得显著的经济效益和环境效益,开辟粉煤灰资源化利用新途径符合我国循环经济发展的战略需求。
据统计,我国粉煤灰利用率不足50%。粉煤灰可用于混凝土生产,同时还可用于土壤改良,沸石和陶瓷合成以及贵重金属回收。粉煤灰的利用途径非常广泛,但是目前绝大多数都属于低附加值利用,在一定程度上造成了粉煤灰资源的浪费。由于粉煤灰中的硅铝含量非常高,与沸石的主要成分相似,利用粉煤灰合成沸石分子筛成为了粉煤灰综合利用研究的热点之一,而P型分子筛是沸石中应用较为广泛的一种,开辟粉煤灰制备P型分子筛新方法可实现粉煤灰资源化和高值化利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法,这种以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法用于解决目前制备P型分子筛的方法制备周期长、生产成本高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:这种以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法:
一、粉煤灰预处理及活化;
二、利用活化后的粉煤灰制备硅酸钠和偏铝酸钠;
三、合成P型分子筛:先将硅酸钠溶液与钠盐混合均匀,再将偏铝酸钠溶液逐滴加入到上述混合液中,最后加入有机位阻剂和适量的去离子水,形成反应混合物,反应混合物以摩尔比计为:SiO2/Al2O3=0.4─1.8,M/Al2O3=1─5,Na2O/Al2O3=2─4,H2O/SiO2 =20─150,其中原料中的钠均换算成Na2O来计算,有机空间位阻剂M为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种;将混合好的物料装入聚四氟乙烯容器,以100r/min─300r/min搅拌30min;然后放入不锈钢反应釜中,在30℃─140℃的条件下水热合成2h─8h;取出反应釜内的生成物,离心分离并用去离子水洗涤3─4次,120℃下干燥12h,得到P型分子筛。
上述方案中粉煤灰预处理过程为:将粉煤灰进行粉碎研磨筛分到200目;焙烧,焙烧温度600℃─900℃,焙烧处理的时间为1h─5h;在温度为20℃─80℃,转速100r/min─300r/min的条件下水洗1─3次,每次0.5h─2h,然后将洗涤液与粉煤灰固液分离,分离后固体在120℃干燥5h备用。
上述方案中粉煤灰的活化过程为:将预处理后的粉煤灰与Na2CO3以质量比1:0.4─1:1.5混合均匀,在600℃─900℃温度下焙烧1h-3h后取出至25℃备用。
上述方案中活化后的粉煤灰制备硅酸钠和偏铝酸钠的过程为,活化后的粉煤灰用1mol/L─5mol/L的HCl浸渍焙烧物50min─150min,过滤,除去不溶物,得到富硅凝胶和粗AlCl3溶液;
用1mol/L─5mol/L的NaOH调节粗AlCl3溶液的pH值至3─5之间,过滤除去Fe(OH)3,滤液继续滴加NaOH,直至滤液中沉淀不再增多为止,过滤除去Mg(OH)2等其它不溶物,此时溶液pH值为12─13,向其中连续通入CO2气体,直至溶液pH值降至6─8后,得到沉淀氢氧化铝,过滤、洗涤,放入干燥箱内干燥,得到氢氧化铝产品,向一定量氢氧化铝产品中滴加1mol/L─5mol/L的NaOH至无沉淀,即得到偏铝酸钠(NaAlO2)溶液,此时溶液pH值为12─13;
将得到的富硅凝胶,加入一定量的NaOH溶解,过滤出杂质,得到硅酸钠(Na2SiO3)溶液。
上述方案中钠盐为氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、溴化钠和碘化钠中的至少一种。
本发明具有以下有益效果:
1、本发明用钠盐代替碱通过水热合成得到P型分子筛,既保持反应液中钠离子浓度,又避免过量的碱造成P型分子筛的溶解,提高了P型分子筛产率。
2、本发明在合成P型分子筛过程中加入有机位阻剂,使得P型分子筛的粒径更均一,并且晶化时间短。
3、本发明从粉煤灰中提取硅铝源通过水热合成低硅铝比P型分子筛,不仅降低了P型分子筛的合成成本,还开辟了粉煤灰的高值化利用新途径。
附图说明
图1为实施例1产品的电子扫描电镜图谱;
图2为实施例1产品的X射线衍射图谱;
图3为实施例2产品的电子扫描电镜图谱;
图4为实施例2产品的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的说明。
实施例1:
将粉煤灰研磨成细粉,过200目筛后,置于马弗炉内,在800℃下煅烧3h后,在温度为75℃,转速200r/min的条件下水洗2次,每次1.5h,然后将洗涤液与粉煤灰进行固液分离,分离后固体在120℃干燥5h备用;预处理后的粉煤灰与Na2CO3固体质量比为1:1混合均匀,在800℃温度下焙烧1h后取出冷却至25℃备用;然后用5mol/L的HCl浸渍焙烧物120min,过滤,除去不溶物,得到富硅凝胶和粗AlCl3溶液。用5mol/L的NaOH调节粗AlCl3溶液的pH值至3.8,过滤除去Fe(OH)3,滤液继续滴加NaOH,直至滤液中沉淀不再增多为止,过滤除去Mg(OH)2等其它不溶物,此时溶液pH值约为12.2,向其中连续通入CO2气体,直至溶液pH值降至7.3,得到沉淀氢氧化铝,过滤,洗涤、干燥,得到氢氧化铝产品,向氢氧化铝产品中滴加5mol/L的NaOH至无沉淀,得到偏铝酸钠(NaAlO2)溶液。向富硅凝胶中加入一定量的NaOH,过滤出一部分不溶的杂质,得到硅酸钠(Na2SiO3)溶液。将得到的偏铝酸钠与硅酸钠溶液、水、溴化钠、三乙醇胺混合均匀后装入聚四氟乙烯容器,调控前驱液的摩尔配比为4Na2O:1.8SiO2:Al2O3:226H2O:TEA,以200r/min搅拌30min混合均匀,然后放入不锈钢反应釜中,在120℃的条件下进行水热合成,反应8h。取出反应釜内的生成物,离心分离并用去离子水洗涤4次,在120℃干燥12h,得到P型分子筛,其产率为94.2%。
从图1看出合成出的分子筛为八元环骨架结构的球状物,晶粒大小均匀,表面略为粗糙,平均粒径为2.25μm。
从图2看出特征峰的位置为12.4°、17.6°、21.5°、28°、30.7°、33.4°、38°,与P型分子筛的特征峰位置相符,且杂峰少,纯度高。
实施例2:
将粉煤灰研磨成细粉,过200目筛后,置于马弗炉内,在750℃温度下煅烧3h后,在温度为75℃,转速300r/min的条件下水洗3次,每次1.5h,然后将洗涤液与粉煤灰进行固液分离,分离后固体在120℃干燥5h备用;预处理后的粉煤灰与Na2CO3以质量比为1:1.5混合均匀,在700℃温度下焙烧2h后取出冷却至25℃备用;然后用4mol/L的HCl浸渍焙烧物120min,过滤,除去不溶物,得到富硅凝胶和粗AlCl3溶液。用4mol/L的NaOH调节粗AlCl3溶液的pH值至4.0,过滤除去Fe(OH)3,滤液继续滴加NaOH,直至滤液中沉淀不再增多为止,过滤除去Mg(OH)2等其它不溶物,此时滤液pH值约为12.5,向其中连续通入CO2气体,直至溶液pH值降至7.5,得到沉淀氢氧化铝,过滤,洗涤、干燥,得到氢氧化铝,向氢氧化铝产品中滴加4mol/L的NaOH,得到偏铝酸钠(NaAlO2)溶液。向富硅凝胶中加入一定量的NaOH,过滤出一部分不溶的杂质,得到硅酸钠(Na2SiO3)溶液。将得到的偏铝酸钠与硅酸钠溶液、水、溴化钠和乙醇胺混合均匀后装入聚四氟乙烯容器,控制前驱液的摩尔配比为3.23Na2O:1.8SiO2:Al2O3:226H2O:5MEA,以300r/min搅拌30min混合均匀,然后放入不锈钢反应釜中,在135℃的条件下进行超声水热合成,反应8h。取出反应釜内的生成物,离心分离并用去离子水洗涤4次,在120℃干燥12h,得到P型分子筛,其产率为90.2%。
从图3看出合成出的分子筛为八元环骨架结构的球状物,且晶粒大小均一,平均粒径为1.64μm。
从图4看出特征峰位置为12.4°、17.5°、21.5°、28°、30.6°、33.4°、38°,均符合P型分子筛的出峰位置,且杂峰少,纯度高。
Claims (5)
1.一种以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法,其特征在于:这种以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法:
一、粉煤灰预处理及活化;
二、利用活化后的粉煤灰制备硅酸钠和偏铝酸钠;
三、合成P型分子筛:先将硅酸钠溶液与钠盐混合均匀,再将偏铝酸钠溶液逐滴加入到上述混合液中,最后加入有机位阻剂和适量的去离子水,形成反应混合物,反应混合物以摩尔比计为:SiO2/Al2O3=0.4─1.8,M/Al2O3=1─5,Na2O/Al2O3=2─4,H2O/SiO2 =20─150,其中原料中的钠均换算成Na2O来计算,有机空间位阻剂M为乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种;将混合好的物料装入聚四氟乙烯容器,以100r/min─300r/min搅拌30min;然后放入不锈钢反应釜中,在30℃─140℃的条件下水热合成2h─8h;取出反应釜内的生成物,离心分离并用去离子水洗涤3─4次,120℃下干燥12h,得到P型分子筛。
2.根据权利要求1所述的以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法,其特征在于:所述的粉煤灰预处理过程为:将粉煤灰进行粉碎研磨筛分到200目;焙烧,焙烧温度600℃─900℃,焙烧处理的时间为1h─5h;在温度为20℃─80℃,转速100r/min─300r/min的条件下水洗1─3次,每次0.5h─2h,然后将洗涤液与粉煤灰固液分离,分离后固体在120℃干燥5h备用。
3.根据权利要求1或2所述的以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法,其特征在于:所述的粉煤灰的活化过程为:将预处理后的粉煤灰与Na2CO3以质量比1:0.4─1:1.5混合均匀,在600℃─900℃温度下焙烧1h-3h后取出至25℃备用。
4.根据权利要求3所述的以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法,其特征在于:所述的活化后的粉煤灰制备硅酸钠和偏铝酸钠的过程为,活化后的粉煤灰用1mol/L─5mol/L的HCl浸渍焙烧物50min─150min,过滤,除去不溶物,得到富硅凝胶和粗AlCl3溶液;
用1mol/L─5mol/L的NaOH调节粗AlCl3溶液的pH值至3─5之间,过滤除去Fe(OH)3,滤液继续滴加NaOH,直至滤液中沉淀不再增多为止,过滤除去Mg(OH)2等其它不溶物,此时溶液pH值为12─13,向其中连续通入CO2气体,直至溶液pH值降至6─8后,得到沉淀氢氧化铝,过滤、洗涤,放入干燥箱内干燥,得到氢氧化铝产品,向一定量氢氧化铝产品中滴加1mol/L─5mol/L的NaOH至无沉淀,即得到偏铝酸钠(NaAlO2)溶液,此时溶液pH值为12─13;
将得到的富硅凝胶,加入一定量的NaOH溶解,过滤出杂质,得到硅酸钠(Na2SiO3)溶液。
5.根据权利要求4所述的以粉煤灰为原料制备P型分子筛的方法,其特征在于:所述的钠盐为氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、溴化钠和碘化钠中的至少一种。
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