CN104743571A - 一种由粉煤灰制备13x型分子筛的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由粉煤灰制备13X型分子筛的方法，由焙烧、制备、晶化和陈化四个步骤组成，其特征在于，所述粉煤灰的粒径为0.45mm以下；所述晶化过程的晶化温度为80～100℃、晶化时间为6～10h、NaOH浓度1.4～1.5mol/L、搅拌速度为120～150r/min；所述陈化时间不低于24h。本发明以粉煤灰为主要原料制备13X型分子筛，最大限度地利用了粉煤灰及其价值，制备过程无剩余粉煤灰残渣，不仅可节约化工原料，而且所制得的13X型分子筛还具有原料来源广泛、造价低廉的特点。

Description

一种由粉煤灰制备13X型分子筛的方法

技术领域

本发明涉及粉煤灰的利用领域，特别涉及一种由粉煤灰制备13X型分子筛的方法。

背景技术

我国燃煤电厂基本上是燃用烟煤。随着我国电力工业的发展，总装机容量不断增大，粉煤灰的排放量也日益增加，迄今为上，年排灰量已超过1亿t。人们基于对环境的关注，提出了如何最大限度地利用粉煤灰的重大课题。但是，迄今为止，粉煤灰的利用主要集中在生产粉煤灰烧结砖，而从粉煤灰中回收铁和碳以及从粉煤灰中提取氧化铝和玻璃微珠的研究虽然也有报道。这主要是因为只有粉煤灰中铁、碳、氧化铝及玻璃微珠含量足够高时才有回收价值，而且提取有用物质后，剩余粉煤灰残渣的利用也是需要解决的一个技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种由粉煤灰制备13X型分子筛的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种由粉煤灰制备13X型分子筛的方法，由焙烧、制备、晶化和陈化四个步骤组成，其特征在于：所述粉煤灰的粒径为0.45mm以下；所述晶化过程的晶化温度为80～100℃、晶化时间为6～10h、NaOH浓度1.4～1.5mol/L、搅拌速度为120～150r/min；所述陈化时间不低于24h。

进一步地，所述晶化过程的晶化时间为8h。

进一步地，所述晶化过程的液固比为4∶1。

本发明的有益效果是：本发明以粉煤灰为主要原料制备13X型分子筛，最大限度地利用了粉煤灰及其价值，制备过程无剩余粉煤灰残渣，不仅可节约化工原料，而且所制得的13X型分子筛还具有原料来源广泛、造价低廉的特点。

具体实施方式

本发明一种由粉煤灰制备13X型分子筛的方法是通过在粉煤灰中加入碳酸钠粉末后焙烧预处理，然后再用水热法合成。本发明采用某热电厂的湿排粉煤灰为原料，其化学成分见表1。

表1本发明粉煤灰原料组成

本发明一种由粉煤灰制备13X型分子筛的方法包括如下步骤：

1)焙烧。先将粉煤灰细磨通过60目筛使粒径达到0.45mm以下，并采用Montgomery法焙烧烧除去其中的有机质以提高产品白度。

2)制备。按10Na2O＃Al2O3＃8SiO2＃300H2O(摩尔比)的化学计量比分别取Na2O31g、Al2O35.9g、SiO224g放入烧杯混合待用，量取270mL蒸馏水加热至沸腾，同时缓慢加入配好的药品，室温下陈化24h，最终生成非晶态的晶种。

3)晶化。搅拌配置好的溶液，使其在加热条件下晶化，晶化过程实际上是粉煤灰中的硅氧四面体和铝氧四面体的重新结合。

4)陈化。足够的陈化时间是合成纯度较高的沸石的必要条件，实验中采用正交法确定最佳陈化时间。

实施例1

保持碱度及搅拌速度保持不变，考察晶化温度对合成沸石的影响。

根据发明人的研究，温度低于100℃吸附量明显增大，超过100℃吸附量有下降的趋势。在60℃下晶化沸石的铬离子吸附能力较大，但需要18h左右；在85℃下晶化时间可缩短至10h，但铬离子吸附能力稍有降低；在120℃下晶化时，只需4.5h，但铬离子吸附能力明显低于100℃时的数值。

晶化温度不宜过低，否则晶化过程太慢，合成石纯度较低，吸附效果差；也不宜过高，因为X型沸石在热力学上属亚稳体系，温度过高会使合成好的沸石晶体分解。综合考虑晶化时间和铬离子吸附能力，选定80～100℃为较理想的晶化温度。

从上述实验部分的晶化反应条件实验来看，在晶化过程中提高晶化温度可加快结晶进程，有利于提高产品的纯度。

实施例2

保持合成温度定为100℃，碱度、搅拌速度等因素不变，考察晶化时间对合成沸石的影响。

根据发明人的研究，晶化时间较短时，合成样品的结晶度不高或呈现无定形状态。这是因为水热法合成沸石过程分为两个阶段，即晶核的形成(诱导期)和晶核的长大。晶化时间较短时合成过程仅处于诱导期，晶核来不及长大就停止。而沸石分子筛是一种亚稳态晶体，晶化时间过长，合成样品在碱性条件下会发生破坏，导致结晶度降低或转晶生成其他晶体，因此晶化时间是影响沸石合成的重要因素之一。实验结果表明，晶化时间为6～10h比较适宜。而最佳晶化时间优选8h。

实施例3

保持合成温度定为100℃，晶化时间(8h)、搅拌速度等因素不变，考察碱液浓度对合成沸石的影响。

将用浓度分别为1.4832、0.9488、0.9477mol/L的NaOH合成的沸石制成a，b，c3个样品，合成时，SiO2/Al2O3＝3(摩尔比)，晶化温度100℃，H2O/Na2O＝55(摩尔比)，晶化时间8h。

根据研究结果，3个样品都具有八面沸石的衍射峰，样a的碱度n：1.4832(mol/L)明显大于样b的碱度n：0.9488(mol/L)，因此碱溶时，低浓度的NaOH不能合成高质量的八面沸石，高浓度的NaOH可合成纯度较高的八面沸石。实验确定碱度在1.4～1.5mol/L为宜。

实施例4

保持合成温度定为100℃，晶化时间(8h)、碱度等因素不变，考察搅拌速度对合成沸石的影响。

在高温晶化时剧烈搅拌反应混和物，这样可使固液两相充分混和，提高固相反应物的分散度。但在高温晶化后期，搅拌速度不能过大，否则会破坏晶体的生长。实验室条件下确定搅拌速度最好为120～150r/min。

2.5液固比对合成沸石晶核生长的影响

实施例5

在已确定的最佳的合成温度100℃及合成时间8h的条件下，考察不同的液固比对合成沸石的影响。

根据发明人的研究，随着液固比的增大，合成沸石的铬离子的吸附能力增大，但超过4∶1时，铬离子吸附能力反而降低。因为粉煤灰合成沸石是在以水为加热介质的条件下进行的水热合成反应，在反应过程中，随着体系水量的减少，传热的媒介相应减少，体系的温度降低，从而使水热反应的条件遭到破坏，使沸石晶体停止生长。因此实验中确定最佳的液固比为4∶1。

为了证明本发明的制备的13X型分子筛的吸附性能，进行了如下吸附性能测试，所用试剂为重铬酸钾。实验原理是将其配置成一定浓度的溶液，用合成沸石产品来吸附铬离子。根据吸附量计算公式计算吸附量：

Dt＝[(Co-Ct)×V]/m

可得到吸附值。式中：Dt为吸附量，Co为被吸附溶液的质量浓度mg/mL，Ct为t时刻后被吸附溶液的质量浓度mg/mL，V为溶液的体积mL，m为加入样品的质量mg。

从实验的结果来看，粉煤灰合成的X型沸石样品具有明显的吸附性，其中样3的吸附效果最好，吸附量达到0.115。

Claims (3)

1.一种由粉煤灰制备13X型分子筛的方法，由焙烧、制备、晶化和陈化四个步骤组成，其特征在于：所述粉煤灰的粒径为0.45mm以下；所述晶化过程的晶化温度为80～100℃、晶化时间为6～10h、NaOH浓度1.4～1.5mol/L、搅拌速度为120～150r/min；所述陈化时间不低于24h。

2.根据权利要求1所述的一种由粉煤灰制备13X型分子筛的方法，其特征在于，所述晶化过程的晶化时间为8h。

3.根据权利要求1所述的一种由粉煤灰制备13X型分子筛的方法，其特征在于，所述晶化过程的液固比为4∶1。