CN108298555A - 一种采用粉煤灰制造分子筛的方法及制得的分子筛 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用粉煤灰制造分子筛的方法及制得的分子筛。该分子筛由以下重量份原料制作而成:粉煤灰60‑70份、纳米负离子粉20‑30份、草木灰8‑12份、烧碱5‑8份、水玻璃8‑12份、冷触媒液体15‑25份、水30‑60份。通过对粉煤灰经磁选‑焙烧‑冷却预处理,然后与其它固体原料和液体原料混合搅拌,再经热压釜晶化处理后,在真空干燥箱内进行真空负压干燥成型得到分子筛。利用粉煤灰为主要原料,造价低廉、原料充足,使固体废弃物粉煤灰资源得到了有效利用,既实现了资源的二次利用,又避免了粉煤灰堆积造成的环境污染,而且制得的分子筛内晶表面高度极化,具有良好的吸附效果。

Description

一种采用粉煤灰制造分子筛的方法及制得的分子筛
技术领域
本发明涉及分子筛领域,尤其涉及一种采用粉煤灰制造分子筛的方法及制得的分子筛。
背景技术
分子筛是指具有均匀的微孔,其孔径与一般分子大小相当的一类物质。常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐,是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成的分子尺寸大小(通常为0.3-2nm)的孔道和空腔体系。分子筛的应用非常广泛,可以作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等,但是使用化学原料合成分子筛的成本很高。
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰,是燃煤电厂排出的主要固体废物。随着电力工业的发展,煤炭消耗的逐年递增,粉煤灰的产量也逐年增加,按照每吨煤产生30%粉煤灰来计算,全国目前每年产生粉煤灰9亿多吨,成为我国当前排量较大的工业废渣之一。因此如何妥善的处理或利用粉煤灰成为目前亟待解决的问题。
发明内容
由于我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。粉煤灰可以为分子筛的合成提供所需的硅铝源,因此利用粉煤灰为原料制备分子筛是粉煤灰资源化利用、降低分子筛制备成本的一种有效途径。因此,本发明的目的就是提供一种采用粉煤灰制造分子筛的方法以及由此方法制得的分子筛,以实现粉煤灰的资源化利用并可降低分子筛的制备成本。
本发明的技术方案为:
一种采用粉煤灰制造分子筛的方法,包括如下步骤:
(1)混合:将粉煤灰与纳米负离子粉、草木灰和烧碱放入粉碎机中粉碎得到混合粉末,将得到的混合粉末与水玻璃、冷触媒液体和水依次加入搅拌机中,在25-35转/秒的速度下搅拌25-30分钟后得到混合溶液;
(2)晶化:将步骤(1)中得到的混合溶液放入热压釜中加热,加热温度为85-95℃,热压釜中的混合溶液晶化析出粉煤灰分子筛晶体,将晶体取出置于冷却室中冷却至室温;
(3)成型:将步骤(2)中冷却至室温的粉煤灰分子筛晶体放入真空干燥箱内进行真空负压干燥23-25小时,箱内温度保持在30-40℃,制成粉煤灰分子筛;
其中,步骤(1)中各原料按如下重量份混合:粉煤灰60-70份、纳米负离子粉20-30份、草木灰8-12份、烧碱5-8份、水玻璃8-12份、冷触媒液体15-25份、水30-60份。
进一步的,粉煤灰中硅铝摩尔比为6.8-7.4。
进一步的,在进行步骤(1)之前先对粉煤灰进行预处理,所述预处理包括依次进行的磁选、焙烧和冷却工序。
进一步的,步骤(1)中粉煤灰预处理中磁选次数为3-5次;焙烧温度550-650℃,焙烧时间为2-3小时。
进一步的,步骤(1)中粉煤灰、草木灰和烧碱经粉碎机粉碎后的粒度为45-65μm。
进一步的,步骤(2)中晶化加热时间为23-25小时。
本发明还提供一种采用上述方法制备而成的分子筛。
进一步的,分子筛中硅铝摩尔比为2.6-3.0。
进一步的,分子筛的比表面积为500-800m2/g。
进一步的,分子筛的粒径为1.2-1.5μm。
本发明的采用粉煤灰制造分子筛的方法,具有以下有益效果:
(1)本发明的采用粉煤灰制造分子筛的原料中,利用粉煤灰为主要原料,造价低廉、原料充足,使固体废弃物粉煤灰资源得到了有效利用,既实现了资源的二次利用,又避免了粉煤灰堆积造成的环境污染,同时还降低了分子筛的制造成本,也减少了分子筛制备中所需的水玻璃和烧碱的量;原料中的草木灰和烧碱为粉煤灰制作分子筛提供了充足的碱,水玻璃使得各粉尘之间粘合更紧密;纳米负离子粉具有热电性和压电性,可使空气发生电离从而产生空气负离子,提高了分子筛的吸附净化效果;冷触媒液体具有催化效果,可对分子筛吸附的有害气体进行分解;而且采用真空负压干燥成型,使得制得的分子筛形状均匀、空隙分布性好。
(2)本发明的采用粉煤灰制造分子筛的方法中,利用磁选、焙烧过程对粉煤灰进行预处理,可充分降低粉煤灰中全铁的含量,使得制造出的粉煤灰分子筛更环保。
(3)本发明中采用粉煤灰制造的分子筛,硅铝摩尔比为2.6-3.0,比表面积达500-800m2/g,内晶表面高度极化,具有良好的吸附效果;利用该分子筛进行吸附性能测试,其对二氧化碳的吸附效率可达30-40%之间,优于市面上常规的分子筛产品,并可释放有益负离子及分解有害气体,大大提高了分子筛的吸附净化效果。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明的保护范围。
本发明的采用粉煤灰制造分子筛的方法包括如下步骤:(1)混合:将粉煤灰与纳米负离子粉、草木灰和烧碱放入粉碎机中粉碎得到混合粉末,将得到的混合粉末与水玻璃、冷触媒液体和水依次加入搅拌机中,在25-35转/秒的速度下搅拌25-30分钟后得到混合溶液;(2)晶化:将步骤(1)中得到的混合溶液放入热压釜中加热,加热温度为85-95℃,热压釜中的混合溶液晶化析出粉煤灰分子筛晶体,将晶体取出置于冷却室中冷却至室温;(3)成型:将步骤(2)中冷却至室温的粉煤灰分子筛晶体放入真空干燥箱内进行真空负压干燥23-25小时,箱内温度保持在30-40℃,制成粉煤灰分子筛;其中,步骤(1)中各原料按如下重量份混合:粉煤灰60-70份、纳米负离子粉20-30份、草木灰8-12份、烧碱5-8份、水玻璃8-12份、冷触媒液体15-25份、水30-60份。
粉煤灰作为燃煤电厂排出的主要固体废物,由于粉煤灰的主要成分为铝硅酸盐,而分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐,因此可将粉煤灰作为原料用于分子筛的制备。这样一方面扩大了分子筛的原料来源,减少了Al(OH)3等工业原料的利用,降低了分子筛的制备成本,另一方面,解决了粉煤灰堆积造成的环境污染问题,并使固体废弃物粉煤灰得到了有效利用,变废为宝,节约资源、保护环境。另外,原料中的草木灰和烧碱为粉煤灰制作提供了充足的碱,水玻璃使得各粉尘之间粘合的更紧密。通过将各原料混合,使粉煤灰中的Si4+和Al3+溶解,并在碱液中硅铝浓缩并形成硅铝凝胶,之后硅铝凝胶在一定条件下结晶形成分子筛晶体,晶化成型过程采用真空负压干燥成型,使得制得的分子筛形状均匀、孔隙分布性好。在采用粉煤灰为原料制备的分子筛中,与常规Al(OH)3等工业原料制得的分子筛相比,其本身含有的氧化铝和二氧化硅使得制备中水玻璃和烧碱的使用量降低。更具体的,纳米负离子粉具有热电性和压电性,可使空气发生电离从而产生空气负离子,提高了分子筛的吸附净化效果;而且,冷触媒液体具有催化效果,可对分子筛吸附的有害气体进行分解。
具体的,粉煤灰中硅铝摩尔比为6.8-7.4。硅铝摩尔比大于1,在较低温度下更易合成X型分子筛,从而更易制得具有良好的吸附净化效果的X型分子筛。
具体的,在进行步骤(1)之前先对粉煤灰进行预处理,所述预处理包括依次进行的磁选、焙烧和冷却工序。利用磁选、焙烧过程对粉煤灰进行预处理,可充分降低粉煤灰中全铁的含量,使得制造出的粉煤灰分子筛更环保。更进一步的,磁选焙烧工艺降低了粉煤灰原料中金属杂质含量,使得合成的分子筛比表面积更大、吸附能力更强。更具体的,磁选次数为3-5次,可以采用高效磁选机磁选;焙烧温度550-650℃,焙烧时间2-3小时。另外,步骤(1)中粉煤灰、草木灰和烧碱经粉碎机粉碎后的粒度大约为45-65μm,以便于后续搅拌混合均匀。
具体的,步骤(2)中晶化加热时间为23-25小时。由于当粉煤灰硅铝比较大时,在较短晶化时间中,会出现结晶度很低的P型分子筛晶体,之后随着晶化时间的增加,会出现由P型转为X型的转晶现象,因此本发明中较长的晶化时间有利于X型分子筛的合成。
通过上述方法制备得到的分子筛,硅铝摩尔比为2.6-3.0、比表面积为500-800m2/g、粒径为1.2-1.5μm,从而得到了具有较高的吸附净化效果的X型分子筛。
以下将通过具体实施例对本发明采用粉煤灰制造分子筛的方法及由此制得的分子筛进行进一步说明。
实施例1
本实施例中采用粉煤灰制造的分子筛通过如下步骤制备:
(1)混合:将粉煤灰进行磁选-焙烧-冷却预处理,其中磁选采用高效磁选机磁选5次,之后在焙烧温度为650℃的马弗炉中焙烧3小时,冷却至室温,再将预处理后的粉煤灰与纳米负离子粉、草木灰和烧碱放入粉碎机中粉碎得到混合粉末,混合粉末的粒度为45μm,之后将混合粉末、水玻璃、冷触媒液体和水依次加入搅拌机中,在35转/秒的速度下搅拌30分钟后得到均匀的流动性良好的混合溶液;
(2)晶化:将步骤(1)中得到的混合溶液放入热压釜中加热25小时,加热温度为95℃,热压釜中的混合溶液晶化析出粉煤灰分子筛晶体,将晶体取出置于冷却室中冷却至室温;
(3)成型:将步骤(2)中冷却至室温的粉煤灰分子筛晶体放入真空干燥箱内进行真空负压干燥25小时,箱内温度保持在40℃,制成粉煤灰分子筛;
步骤(1)中各原料按如下重量份加入:粉煤灰70份、纳米负离子粉30份、草木灰12份、烧碱8份、水玻璃8份、冷触媒液体25份、水30份;其中混合粉末与水的重量比为4:1;粉煤灰中硅铝摩尔比为6.8。
由本实施例方法制得的分子筛,硅铝摩尔比为2.9,比表面积为800m2/g,粒径为1.4μm。
实施例2
本实施例中采用粉煤灰制造的分子筛通过如下步骤制备:
(1)混合:将粉煤灰进行磁选-焙烧-冷却预处理,其中磁选采用高效磁选机磁选3次,之后在焙烧温度为550℃的马弗炉中焙烧2小时,冷却至室温,再将预处理后的粉煤灰与纳米负离子粉、草木灰和烧碱放入粉碎机中粉碎得到混合粉末,混合粉末的粒度为65μm,之后将混合粉末、水玻璃、冷触媒液体和水依次加入搅拌机中,在25转/秒的速度下搅拌25分钟后得到均匀的流动性良好的混合溶液;
(2)晶化:将步骤(1)中得到的混合溶液放入热压釜中加热23小时,加热温度为85℃,热压釜中的混合溶液晶化析出粉煤灰分子筛晶体,将晶体取出置于冷却室中冷却至室温;
(3)成型:将步骤(2)中冷却至室温的粉煤灰分子筛晶体放入真空干燥箱内进行真空负压干燥23小时,箱内温度保持在30℃,制成粉煤灰分子筛;
步骤(1)中各原料按如下重量份加入:粉煤灰60份、纳米负离子粉20份、草木灰8份、烧碱8份、水玻璃12份、冷触媒液体15份、水60份,其中混合粉末与水的重量比为1.6:1;粉煤灰中硅铝摩尔比为7.4。
由本实施例方法制得的分子筛,硅铝摩尔比为2.6,比表面积为500m2/g,粒径为1.2μm。
实施例3
本实施例中采用粉煤灰制造的分子筛通过如下步骤制备:
(1)混合:将粉煤灰进行磁选-焙烧-冷却预处理,其中磁选采用高效磁选机磁选4次,之后在焙烧温度为600℃的马弗炉中焙烧2.5小时,冷却至室温,再将预处理后的粉煤灰与纳米负离子粉、草木灰和烧碱放入粉碎机中粉碎得到混合粉末,混合粉末粒度为50μm,之后将混合粉末、水玻璃、冷触媒液体和水依次加入搅拌机中,在30转/秒的速度下搅拌27分钟后得到均匀的流动性良好的混合溶液;
(2)晶化:将步骤(1)中得到的混合溶液放入热压釜中加热24小时,加热温度为90℃,热压釜中的混合溶液晶化析出粉煤灰分子筛晶体,将晶体取出置于冷却室中冷却至室温;
(3)成型:将步骤(2)中冷却至室温的粉煤灰分子筛晶体放入真空干燥箱内进行真空负压干燥24小时,箱内温度保持在35℃,制成粉煤灰分子筛;
步骤(1)中各原料按如下重量份加入:粉煤灰65份、纳米负离子粉25份、草木灰10份、烧碱6份、水玻璃10份、冷触媒液体20份、水45份,其中混合粉末与水的重量比为2.4:1;粉煤灰中硅铝摩尔比为7.0。
由本实施例方法制得的分子筛,硅铝摩尔比为3.0,比表面积为750m2/g,粒径为1.5μm。
实施例4
本实施例中采用粉煤灰制造的分子筛通过如下步骤制备:
(1)混合:将粉煤灰进行磁选-焙烧-冷却预处理,其中磁选采用高效磁选机磁选5次,之后在焙烧温度为550℃的马弗炉中焙烧2.5小时,冷却至室温,再将预处理后的粉煤灰与纳米负离子粉、草木灰和烧碱放入粉碎机中粉碎得到混合粉末,混合粉末的粒度为45μm,之后将混合粉末、水玻璃、冷触媒液体和水依次加入搅拌机中,在25转/秒的速度下搅拌30分钟后得到均匀的流动性良好的混合溶液;
(2)晶化:将步骤(1)中得到的混合溶液放入热压釜中加热23小时,加热温度为95℃,热压釜中的混合溶液晶化析出粉煤灰分子筛晶体,将晶体取出置于冷却室中冷却至室温;
(3)成型:将步骤(2)中冷却至室温的粉煤灰分子筛晶体放入真空干燥箱内进行真空负压干燥25小时,箱内温度保持在40℃,制成粉煤灰分子筛;
步骤(1)中各原料按如下重量份加入:粉煤灰70份、纳米负离子粉28份、草木灰10份、烧碱6份、水玻璃9份、冷触媒液体18份、水40份,其中混合粉末与水的重量比为2.9:1;粉煤灰中硅铝摩尔比为7.2。
由本实施例方法制得的分子筛,硅铝摩尔比为2.8,比表面积为700m2/g,粒径为1.4μm。
对比例1
本对比例中分子筛的制备方法与实施例1中基本一致,不同之处仅在于原料组成中不包含纳米负离子粉和冷触媒液体,各原料按如下重量份加入:粉煤灰70份、草木灰12份、烧碱8份、水玻璃8份、水30份;其中混合粉末与水的重量比为3:1;粉煤灰中硅铝摩尔比为6.8。由本对比例方法制得的分子筛,硅铝摩尔比为2.9,比表面积为780m2/g,粒径为1.4μm。
将实施例1-4与对比例1中制得的分子筛进行吸附性能检测,吸附时间为10h,测量分子筛对二氧化碳的吸附效率,结果如表1所示。
表1分子筛吸附性能检测结果
由表1可知,本发明实施例1-4采用粉煤灰制造的分子筛对二氧化碳的吸附效率在30-40%之间,将市面上购买的普通X型分子筛进行二氧化碳吸附效率检测,得到吸附效率在20%左右,说明本发明制得的分子筛吸附效果更佳;同时对比例1中分子筛对二氧化碳的吸附效果介于本发明各实施例中分子筛与普通分子筛之间,说明通过在原料中添加纳米负离子粉和冷触媒液体,既可释放有益的负离子,又可对有害气体进行分解,提高了分子筛的吸附净化效果。同时,采用粉煤灰为主要原料制备分子筛,充分利用了粉煤灰废弃物中富含的硅铝氧化物,实现了废弃资源的再利用,达到了节约资源和保护环境的双重目的。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述,但是应该理解的是,这里具体的描述,不应理解为对本发明的实质和范围的限定,本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改,都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种采用粉煤灰制造分子筛的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)混合:将粉煤灰与纳米负离子粉、草木灰和烧碱放入粉碎机中粉碎得到混合粉末,将得到的混合粉末与水玻璃、冷触媒液体和水依次加入搅拌机中,在25-35转/秒的速度下搅拌25-30分钟后得到混合溶液;
(2)晶化:将步骤(1)中得到的混合溶液放入热压釜中加热,加热温度为85-95℃,热压釜中的混合溶液晶化析出粉煤灰分子筛晶体,将晶体取出置于冷却室中冷却至室温;
(3)成型:将步骤(2)中冷却至室温的粉煤灰分子筛晶体放入真空干燥箱内进行真空负压干燥23-25小时,箱内温度保持在30-40℃,制成粉煤灰分子筛;
其中,步骤(1)中各原料按如下重量份混合:粉煤灰60-70份、纳米负离子粉20-30份、草木灰8-12份、烧碱5-8份、水玻璃8-12份、冷触媒液体15-25份、水30-60份。
2.根据权利要求1所述的采用粉煤灰制造分子筛的方法,其特征在于,粉煤灰中硅铝摩尔比为6.8-7.4。
3.根据权利要求1所述的采用粉煤灰制造分子筛的方法,其特征在于,在进行步骤(1)之前先对粉煤灰进行预处理,所述预处理包括依次进行的磁选、焙烧和冷却工序。
4.根据权利要求3所述的采用粉煤灰制造分子筛的方法,其特征在于,粉煤灰预处理中磁选次数为3-5次,焙烧温度为550-650℃,焙烧时间为2-3小时。
5.根据权利要求1所述的采用粉煤灰制造分子筛的方法,其特征在于,步骤(1)中粉煤灰、草木灰和烧碱经粉碎机粉碎后的粒度为45-65μm。
6.根据权利要求1所述的采用粉煤灰制造分子筛的方法,其特征在于,步骤(2)中晶化加热时间为23-25小时。
7.一种分子筛,其特征在于,根据权利要求1-6中任一项所述方法制备而成。
8.根据权利要求7所述的分子筛,其特征在于,所述分子筛中硅铝摩尔比为2.6-3.0。
9.根据权利要求7所述的分子筛,其特征在于,所述分子筛的比表面积为500-800m2/g。
10.根据权利要求7所述的分子筛,其特征在于,所述分子筛的粒径为1.2-1.5μm。
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