CN101381086B - 一种Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法，该方法利用粉煤灰为主要原料，通过酸津除杂后再用碱津，得到硅酸钠，然后以硅酸钠溶液为原料，通过加入模板剂，硫酸调节pH值，即可在硅酸钠溶液中生成介孔分子筛，然后烧掉模板剂，即得Si-MCM-41介孔分子筛。且该方法使用设备简单，操作方便，制备的Si--MCM-41介孔分子筛具有中孔和微孔结构，有较高的比表面积，比表面积达1030m2/g，有很好的吸附性能，不但可以用于吸附分离金属离子和有机物，还可用于做催化剂载体，是一种应用很广泛的材料。
Description
技术领域
本发明一种粉煤灰废物利用(处理)的方法，特别涉及一种Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法。
背景技术
介孔分子筛不仅具有高度有序和均匀分布的孔道结构，孔径尺寸改变范围较宽(2～50nm)，比表面高(>1000m2/g)，而且其骨架组分具有多样性，因此在很多领域有良好的应用前景，已成为孔材料研究领域新的热点。最初，介孔分子筛主要应用于催化反应，后来研究人员又利用其孔道特性不断拓展，相继发展到纳米材料和生物吸附分离等。近几年的研究主要是在以前研究的基础上，将介孔分子筛改性负载官能团及金属离子，以便应用于更多领域。
制备Si-MCM-41介孔分子筛所用原料除了模板剂(例如十六烷基三甲基溴化氨等)以外还需要硅源，常用的硅源可以是正硅酸乙酯、硅酸钠、二氧化硅、白炭黑等，但是这些硅源价格较贵，工业生产成本高。
粉煤灰是燃煤热电厂排出的固体废弃物，粉煤灰的主要化学成分是SiO2，Al2O3，CaO，Fe2O3等，据不完全统计，截止到2000年，我国粉煤灰排放量达到1.6亿吨，而且每年正以1千万吨的速度增加。同时还含有少量的其它物质，其利用率在我国还属于低水平。目前，综合利用电厂废弃物粉煤灰的技术手段不断提高，利用粉煤灰生产有利于国民经济的物资产品成为使用粉煤灰的主流，我国对粉煤灰的利用率在30％～40％之间，其主要用于建筑制砖、水泥原料、路基材料、土壤改良剂、橡胶填料等，而且使用量远赶不上每年粉煤灰的新增加速度，粉煤灰仍需大幅开发和深入利用，尤其是利用其中的主要化学成分，以高附加值产品为导向的开发应用是粉煤灰未来发展的一个方向，也是目前业内人士十分关注的热点问题，例如，利用粉煤灰生产水泥，氧化铝已走向工业化道路，而利用粉煤灰生产白炭黑、分子筛等技术还处在工业的摸索阶段。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法，该方法利用粉煤灰为主要原料，通过酸津除杂后再用碱津，得到硅酸钠溶液，然后以硅酸钠溶液为原料，通过加入模板剂，硫酸调节pH值，即可在硅酸钠溶液中生成介孔分子筛。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一，在粉煤灰中加入适量的浓硫酸，室温下搅拌反应2小时，得到第一反应体系；
步骤二，加水溶解第一反应体系，溶解温度为85℃～90℃；第一反应体系生成Al2(SO4)3和杂质，离心分离出滤液Al2(SO4)3和其它杂质并水洗残渣，然后在滤渣中加入过量的4M NaOH溶液，于120℃油浴下反应30分钟，得到第二反应体系；
步骤三，将第二反应体系离心分离，水洗后，弃去滤渣，收集离心液得Na2SiO3溶液；
步骤四，取适量的模板剂，加适量乙醇和水溶解后，将Na2SiO3溶液加入其中，搅拌10分钟，得到混合溶液；
步骤五，用硫酸调节混合溶液的pH值，直至溶液中生成白色沉淀，该白色沉淀中含带模板剂的Si-MCM-41分子筛，然后继续搅拌1小时，静置1小时；
步骤六，对混合溶液进行抽滤，得到带有模板剂的Si-MCM-41分子筛，并在100℃条件下烘干；
步骤七，将带有模板剂的Si-MCM-41分子筛置于马弗炉中，在550℃条件下烧掉模板剂，即得Si-MCM-41介孔分子筛。
本发明的Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法，以粉煤灰为原料，使用设备简单，操作方便，制备的Si--MCM-41介孔分子筛具有中孔和微孔结构，有较高的比表面积，比表面积达1030m2/g，有很好的吸附性能，为Si-MCM-41介孔分子筛的生产降低了原料成本，为其工业化生产提供了重要思路。
附图说明
图1是本发明的工艺路线图。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
本发明的Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法参见图1，首先取粉煤灰
适量，经过球磨机球磨(增强粉煤灰的反应活性)，使粉煤灰中的Al2O3顺利浸出，然后按粉煤灰中加入浓硫酸，其中，粉煤灰与浓硫酸的比例为1：2，在室温反应2小时，得到第一反应体系，加水溶解第一反应体系，选择硫酸铝的溶解温度为85℃～90℃；由于第一反应体系生成的硫酸铝的溶解度随温度的上升而增大，且温度越高溶解速度越快，所以温度高对溶出过程有利。然后对第一反应体系离心分离，分离出第一反应体系的滤液Al2(SO4)3和其它杂质，收集滤渣，然后在滤渣中加入过量的4M NaOH溶液，于120℃油浴下反应30分钟，得到第二反应体系；再对第二反应体系离心分离，弃去滤渣，得Na2SiO3溶液；将Na2SiO3溶液中加入到含有模板剂的溶液中(模板剂含量为0.5％～5％)，搅拌10分钟，得到Na2SiO3+模板剂的混合溶液，其中，含有模板剂的溶液制备方法是将称好的模板剂先用少量的无水乙醇(1-2mL)溶解，在加入适量的水混合。
用硫酸调节Na2SiO3+模板剂混合溶液的pH值<13，直至混合溶液中生成白色沉淀，该白色沉淀中含有带模板剂的Si-MCM-41分子筛，然后继续搅拌1小时；搅拌完成后静置1小时，然后对Na2SiO3溶液进行抽滤，弃去滤液，并在100℃条件下烘干，即得到带有模板剂的Si-MCM-41分子筛，再将带有模板剂的Si-MCM-41分子筛后置于马弗炉中，在550℃条件下烧掉模板剂，即得到Si-MCM-41介孔分子筛。
以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，本发明不限于这些实施例。
实施例1：
取粉煤灰80g，加入浓硫酸160ml，在室温下搅拌反应2小时后，加入100mL的水，在85℃～90℃温度下继续搅拌30min，将生成的Al2(SO4)3和杂质等溶解，离心分离水洗沉淀后弃去溶液，取沉淀，加入350mL4M的NaOH溶液，120℃油浴反应30min后，冷却后离心分离，将沉淀物分别用200mL水洗2次，离心分离；将3次离心分离所得液体收集汇总，即得Na2SiO3溶液；取10mL的Na2SiO3加入到5mL含有1％～5％的模板剂的十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)溶液中；搅拌10分钟后，硫酸调节pH在13以下，均可生成白色的沉淀(其中含模板剂Si-MCM-41介孔分子筛)，继续搅拌1h，静置1h(陈化)；减压抽滤，得白色固体产品(含模板剂Si-MCM-41介孔分子筛)；在100℃下烘干该固体产品，并在550℃条件下烧掉模板剂，即得到Si-MCM-41介孔分子筛。
本实施例制备的Si-MCM-41介孔分子筛，经分析：XRD给出的结果显示，该物质2θ在2～6度出现三个衍射峰，其中在2～3度的峰值最高，证明该产物为六方结构，并且结晶度和有序度都较高。氮气吸附-脱附测试孔尺寸分布可知，此种Si-MCM-41介孔分子筛具有中孔和微孔结构，有较高的比表面积，比表面积高达1030m2/g，有很好的吸附性能。该材料不但可以用于吸附分离金属离子和有机物，还可用于做催化剂载体，是一种应用很广泛的材料。
Claims (2)
1.一种Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一，在粉煤灰中加入适量的浓硫酸，室温下搅拌反应2小时，得到第一反应体系；
步骤二，加水溶解第一反应体系，溶解温度为85℃～90℃；第一反应体系生成Al2(SO4)3和杂质，离心分离出滤液Al2(SO4)3和其它杂质并水洗残渣，然后在滤渣中加入过量的4M NaOH溶液，于120℃油浴下反应30分钟，得到第二反应体系；
步骤三，将第二反应体系离心分离，水洗后，弃去滤渣，收集离心液得Na2SiO3溶液；
步骤四，取适量的模板剂，加适量乙醇和水溶解后，将Na2SiO3溶液加入其中，搅拌10分钟，得到混合溶液；
步骤五，用硫酸调节混合溶液的pH值，直至溶液中生成白色沉淀，该白色沉淀中含带模板剂的Si-MCM-41分子筛，然后继续搅拌1小时，静置1小时；
步骤六，对混合溶液进行抽滤，得到带有模板剂的Si-MCM-41分子筛，并在100℃条件下烘干；
步骤七，将带有模板剂的Si-MCM-41分子筛置于马弗炉中，在550℃条件下烧掉模板剂，即得Si-MCM-41介孔分子筛。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五中硫酸调节混合溶液的pH值小于13。
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