CN103864090B - 以稻壳为硅源制备球型分子筛的方法 - Google Patents

以稻壳为硅源制备球型分子筛的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种以稻壳为硅源制备球型分子筛的方法，其特征在于采用以下步骤：（1）采用自蔓延法燃烧稻壳制得低温稻壳灰；（2）采用碱—酸反应法对稻壳灰进行提纯，制得纯度为99%的二氧化硅；（3）将氢氧化钠、氢氧化铝和去离子水按1:1.1:1的质量比混合后在90℃加热至均匀得到A液，再将氢氧化钠、二氧化硅和去离子水按1:1.8:24的质量比混合并在90℃加热均匀得到B液，A液和B液中水的比例为1:10，将A液和B液混合并在50℃加搅拌2 h后置于反应釜中在88℃下反应2 h即得球型分子筛。本发明制备的球型分子筛的Ca2+交换容量约为332（mg/g），可用于吸附、分离、催化剂和石油化工等领域。

Description

以稻壳为硅源制备球型分子筛的方法
技术领域
本发明提供一种以稻壳为硅源制备球型分子筛的方法，属于无机非金属材料技术领域。
背景技术
分子筛具有良好的催化性能、吸附性能和离子交换性，在洗涤剂、石化、医药和环保等领域有广泛的应用。二氧化硅球型分子筛是一种微孔材料, 具有优良的离子交换、催化和吸附性能, 在精细化学工业石油化学工业、医药卫生和环境保护等许多领域中具有广泛的用途和巨大的应用潜力。传统低温水热合成工艺制备的纳米球型分子筛纯度高、性能好且稳定, 但其制备原料为烧碱、氢氧化铝、水玻璃等化工原料, 价格较高且来源有限,致使制备成本居高不下, 严重制约了二氧化硅球型分子筛的大规模使用和应用领域的进一步拓宽。因此, 世界各国致力于寻找价格低廉且来源广泛的天然铝硅酸盐矿物原料, 如高岭土、珍珠岩、浮岩、钾长石和天然红辉沸石等替代化工原料制备二氧化硅球型分子筛。
中国是水稻种植大国，年产稻谷在2亿t以上，加工后可得稻壳4000余万t，稻壳不易吸水，直接施放到田间作肥料又不易腐烂。现阶段大多作为初级燃料燃烧，综合利用率低。稻壳中主要成分为碳氢化合物，此外还含有15～18% 的无定形水合二氧化硅，燃烧后的稻壳灰中含有90%以上的火山岩型高活性二氧化硅。因此稻壳的综合利用具有重要意义，这不仅能解决大量农业副产物的污染问题，而且还能充分利用资源。目前稻壳硅的开发利用以从稻壳中提取SiO2为主，而以稻壳硅为原料合成A型和P型分子筛已有报道，且钙离子交换能力较低。本发明利用稻壳硅制备高钙离子交换能力的二氧化硅球型分子筛。
发明内容
本发明的目的是提出一种利用农业废弃物稻壳为原料、操作简便、成本低、产品性能优良的球型分子筛的制备方法。其技术内容为：
一种以稻壳为硅源制备球型分子筛的方法，其特征在于采用以下步骤：（1）采用自蔓延法燃烧稻壳制得低温稻壳灰；（2）采用碱—酸反应法对稻壳灰进行提纯，制得纯度为99%的二氧化硅；（3）将氢氧化钠、氢氧化铝和去离子水按1:1.1:1的质量比混合后在90℃加热至均匀得到A液，再将氢氧化钠、二氧化硅和去离子水按1:1.8:24的质量比混合并在在90℃加热均匀得到B液，A液和B液中水的比例为1:10，将A液和B液混合并在50℃加搅拌2 h后置于反应釜中在88℃下反应2 h即得球型分子筛。
所述的一种以稻壳为硅源制备球型分子筛的方法，特征在于：步骤（1）中采用自蔓燃法燃烧稻壳，燃烧温度控制在500~600℃，保温时间为4~6 h，磨细，过200目筛，得到平均粒径为40~60 nm左右、比表面积为180~200 m2/g左右的纳米稻壳灰。
所述的一种以稻壳为硅源制备球型分子筛的方法，特征在于：步骤（2）中采用碱—酸反应法对稻壳灰进行提纯，具体步骤是将稻壳灰按100 g稻壳灰/LNaOH溶液分散到浓度为1M NaOH溶液中，加热到90℃后溶煮2 h后得到硅钠溶液，用硫酸调节该溶液的pH值3~4，反应时间在2~3 h后将沉淀体系静置冷却陈化4 h，然后离心分离，用蒸馏水洗涤，离心干燥后制得纯度为99%的二氧化硅。
本发明与现有技术相比，其优点为：
1、以稻壳为硅源，取代有机化工原料或天然矿物资源，变废为宝。
2、所制备的二氧化硅球型分子筛的钙离子交换能力高达332（mg/g）以上。
附图说明：
图1是球型分子筛的XRD图；
图2是球型分子筛的SEM图。
具体实施方式
实施例一：
1、稻壳灰的制备：采用自蔓燃法燃烧稻壳，燃烧温度控制在500℃，保温时间为6h，磨细，过200目筛，得到平均粒径为40 nm左右、比表面积为200 m2/g左右的纳米稻壳灰；
2、稻壳灰的提纯：将稻壳灰按100 g稻壳灰/LNaOH溶液分散到浓度为1M NaOH溶液中，加热到90℃后溶煮2 h后得到硅钠溶液，用硫酸调节该溶液的pH值3，反应时间在2 h后将沉淀体系静置冷却陈化4 h，然后离心分离，用蒸馏水洗涤，离心干燥后制得纯度为99 %左右的二氧化硅。
3、二氧化硅球型分子筛的制备：将氢氧化钠、氢氧化铝和去离子水按1:1.1:1的质量比混合后在90℃加热至均匀得到A液，再将氢氧化钠、二氧化硅和去离子水按1:1.8:24的质量比混合并在在90℃加热均匀得到B液，A液和B液中水的比例为1:10，将A液和B液混合并在50℃加搅拌2 h后置于反应釜中在85℃下反应4 h即得球型分子筛。
实施例二
1、稻壳灰的制备：采用自蔓燃法燃烧稻壳，燃烧温度控制在600℃，保温时间为4h，磨细，过200目筛，得到平均粒径为60nm左右、比表面积为180 m2/g左右的纳米稻壳灰；
2、稻壳灰的提纯：将稻壳灰按100 g稻壳灰/LNaOH溶液分散到浓度为1M NaOH溶液中，加热到90℃后溶煮2 h后得到硅钠溶液，用硫酸调节该溶液的pH值4，反应时间在3 h后将沉淀体系静置冷却陈化4 h，然后离心分离，用蒸馏水洗涤，离心干燥后制得纯度为99%左右的二氧化硅。
3、二氧化硅球型分子筛的制备：将氢氧化钠、氢氧化铝和去离子水按1:1.1:1的质量比混合后在90℃加热至均匀得到A液，再将氢氧化钠、二氧化硅和去离子水按1:1.8:24的质量比混合并在在90℃加热均匀得到B液，A液和B液中水的比例为1:10，将A液和B液混合并在50℃加搅拌2 h后置于反应釜中在90℃下反应2h即得球型分子筛。

Claims (3)

1.一种以稻壳为硅源制备球型分子筛的方法，其特征在于采用以下步骤：（1）采用自蔓延法燃烧稻壳制得低温稻壳灰；（2）采用碱—酸反应法对稻壳灰进行提纯，制得纯度为99%的二氧化硅；（3）将氢氧化钠、氢氧化铝和去离子水按1:1.1:1的质量比混合后在90℃加热至均匀得到A液，再将氢氧化钠、二氧化硅和去离子水按1:1.8:24的质量比混合并在在90℃加热均匀得到B液，A液和B液中水的比例为1:10，将A液和B液混合并在50℃加搅拌2 h后置于反应釜中在88℃下反应2 h即得球型分子筛。
2.如权利要求 1 所述的一种以稻壳为硅源制备球型分子筛的方法，特征在于：步骤（1）中采用自蔓燃法燃烧稻壳，燃烧温度控制在500~600℃，保温时间为4~6 h，磨细，过200目筛，得到平均粒径为40~60nm、比表面积为180~200m2/g的纳米稻壳灰。
3.如权利要求 1 所述的一种以稻壳为硅源制备球型分子筛的方法，特征在于：步骤（2）中采用碱—酸反应法对稻壳灰进行提纯，具体步骤是将稻壳灰按100g稻壳灰/LNaOH溶液分散到浓度为1M NaOH溶液中，加热到90℃后溶煮2 h后得到硅钠溶液，用硫酸调节该溶液的pH值3~4，反应时间在2~3 h后将沉淀体系静置冷却陈化4 h，然后离心分离，用蒸馏水洗涤，离心干燥后制得纯度为99%的二氧化硅粉末。
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