CN108862305A - 一种利用煤系高岭土合成耐酸性off型分子筛吸附剂的方法 - Google Patents

一种利用煤系高岭土合成耐酸性off型分子筛吸附剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂的方法，具体步骤如下：将内蒙古煤系高岭土研磨过筛与二甲基亚砜及去离子水混合，超声分散搅拌，抽滤洗涤干燥，并在920～940℃煅烧2～4h，得到偏高岭土；将所得偏高岭土与氢氧化钠、氢氧化钾、硅溶胶、四甲基氢氧化铵和去离子水混合，老化得到合成液溶胶；将溶胶晶化得到OFF型分子筛原粉；将原粉洗涤至pH值为8～10，干燥、粉碎，煅烧得到耐酸性OFF型分子筛吸附剂。该方法用廉价易得的煤系高岭土代替全部铝酸钠和部分硅溶胶药剂制得了耐酸性OFF型分子筛吸附剂，这种吸附剂比表面积不低于453.54m2/g，耐酸性强，在pH值高于4的酸性环境中具有优秀的自身稳定性及离子交换性能和吸附性能。

Description

一种利用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂的方法
技术领域
本发明涉及耐酸性吸附剂的制备技术领域，具体来说，涉及一种利用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂的方法。
背景技术
目前人工合成分子筛吸附剂时所用原料主要为化学试剂，这些原料成本较高，一定程度上限制了分子筛作为吸附剂的应用推广。
煤系高岭土是一种廉价易得的粘土矿物，这种矿物经过插层剥离处理后得到偏高岭土，经过活化后的偏高岭土主要含有Al2O3和SiO2及少量杂质，是合成分子筛吸附剂的理想原料，使用这种原料可以更低的成本合成高品质的分子筛吸附剂。
目前作为吸附剂使用的分子筛多为NaA、KA及CaA等A型以及10X、13X型等X型分子筛，其较差的酸稳定性使之不能被应用于酸性环境的吸附以及离子交换。
中高硅铝比(Si/Al＝3～4)的OFF型分子筛是一种同时具备亲水性和耐酸性的新型吸附剂和离子交换剂，在酸性重金属废水中有较好的离子交换性能和稳定性，以更加低廉的成本合成这种分子筛吸附剂将为酸性重金属废水处理提供新的选择。目前尚未有关于用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂的报道。
高岭土为我国优势矿种，据初步探测及估算，我国煤系高岭土岩储备量高达180亿吨，位居全球第一。
目前我国煤系高岭土主要用于造纸、陶瓷及耐火材料等下游需求产业，相比于巨大的储备量而言，绝大部分的煤系高岭土没有被利用，因此其巨大的经济价值尚未被完全挖掘出来。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种以廉价易得的煤系高岭土为主要原料，合成一种耐酸性OFF型分子筛吸附剂的制备方法。
本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现：
一种利用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂的方法，包括如下步骤：
将内蒙古煤系高岭土研磨过筛，与二甲基亚砜及去离子水混合，55～65℃下超声分散2～3h后，在25～35℃下搅拌12～16h，抽滤洗涤干燥，并在920～940℃煅烧2～4h，所得产品为偏高岭土；
将步骤(1)所得偏高岭土与氢氧化钠、氢氧化钾、硅溶胶、四甲基氢氧化铵(TMAOH)混合于水中，室温搅拌老化12h得到合成液溶胶；
(3)将步骤(2)所得合成液溶胶转入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加盖密封后至于烘箱晶化得到OFF型分子筛原粉；
(4)将步骤(3)所得OFF型分子筛原粉用去离子水抽滤洗涤至pH值为8～10，将滤饼在80～100℃下干燥、粉碎；
(5)将步骤(4)中经过干燥粉碎的OFF型分子筛在550℃马弗炉中煅烧5～7h得到耐酸性OFF型分子筛吸附剂。
优选地，步骤(1)所得偏高岭土中：Al2O3≥44.5wt.％，SiO2≥51.5wt.％，Fe2O3<0.5wt.％，TiO2<0.5wt.％，CaO<0.3wt.％。
优选地，步骤(1)中煤系高岭土、二甲基亚砜与去离子水的质量之比为1：5：1。
优选地，步骤(2)中偏高岭土与氢氧化钠、氢氧化钾、硅溶胶、四甲基氢氧化铵的摩尔比为Al2O3：SiO2：Na2O：K2O：TMAOH：H2O＝(18.2～20)：(4.1～4.5)：(1.4～1.6)：(1.2～2.0)：220。
优选地，步骤(3)中晶化温度为100～120℃，晶化时间为36～72h。
本发明还提供一种耐酸性OFF型分子筛吸附剂，采用上述的方法制备得到。
本发明利用煤系高岭土为主要原料，添加少许化学试剂，在更低的原材料成本下合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂。所合成的吸附剂比表面积高达453.54m2/g，在pH值不低于4的酸性环境中具有极高的稳定性和良好的吸附及离子交换性能。为煤系高岭土的应用提供了新方向，同时，为酸性重金属废水处理提供新的技术选择。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明实施例1所得分子筛吸附剂的电镜图；
图2是本发明实施例4所得分子筛吸附剂的电镜图；
图3是本发明实施例5所得分子筛吸附剂的电镜图。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将进一步阐述本发明的具体实施例。
煤系高岭土的插层处理
将内蒙古煤系高岭土研磨过1250目筛，按照质量比1：5：1与二甲基亚砜及去离子水混合，55～65℃下超声分散2～3h后，在25～35℃下搅拌12～16h，抽滤洗涤干燥，在不同温度下煅烧2～4h，得到不同的偏高岭土。对所得偏高岭土进行碱溶实验分析，先将所得偏高岭土用碱溶法溶解，将剩余的不溶物用X射线荧光光谱仪测定其中Al2O3和SiO2的含量，设定偏高岭土和相应的碱溶滤出物质量为a、b，其中Al2O3和SiO2的含量分别是c1、c2、c′1、c′2，定义偏高岭土中活性铝的质量分数：
w(Al2O3)＝[(a c1-b c′1)/a]*100％
偏高岭土中活性硅的质量分数：
w(SiO2)＝[(a c2-b c′2)/a]*100％
所得数据表示能溶于碱的活性部分。
分析结果如下表1所示：
表1不同煅烧温度下所得偏高岭土释放的活性硅源和活性铝源
实施例1
一种利用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂的方法：
将内蒙古煤系高岭土研磨过筛，按照质量比1：5：1与二甲基亚砜及去离子水混合，55～65℃下超声分散2～3h后，在25～35℃下搅拌12～16h，抽滤洗涤干燥，并在930℃煅烧2～4h，得到偏高岭土。
将煅烧后的高岭土用X射线荧光光谱仪测得所述偏高岭土中化学组成：Al2O3≥44.5wt.％，SiO2≥51.5wt.％，Fe2O3<0.5，TiO2<0.5，CaO<0.3。
将插层剥离煅烧所得偏高岭土与氢氧化钠、氢氧化钾、硅溶胶、四甲基氢氧化铵按照摩尔比为Al2O3：SiO2：Na2O：K2O：TMAOH＝18.2：4.1：1.6：1.5：220与H2O混合，室温搅拌老化12h，转入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在100～105℃下晶化48～60h，将晶化产物用去离子水反复抽滤洗涤，完全洗去胶状物，至pH值为8～10，将滤饼在100℃烘干12h后至于550～600℃马弗炉煅烧5～6h，得到白色耐酸性吸附剂。所得OFF型分子筛纯相无杂晶，且晶体形态完整，大小均一，电镜照片见附图1。
本实施例中所制备的耐酸性OFF型分子筛吸附剂比表面积453.54m2/g，孔隙中值宽度为5.025nm，平均粒径为0.7μm。
实施例2
一种利用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂：
采用与实施例1相同的偏高岭土制备方法。将偏高岭土、氢氧化钠、氢氧化钾、硅溶胶、四甲基氢氧化铵按照摩尔比为Al2O3：SiO2：Na2O：K2O：TMAOH＝20：4.5：1.6：1.4：220与水混合，室温搅拌老化12h，转入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在100℃下晶化72h，将晶化产物用去离子水反复抽滤洗涤，完全洗去胶状物，至pH值为9～10，将滤饼在100℃烘干12h后至于550～600℃马弗炉煅烧5～6h，得到白色耐酸性OFF型分子筛吸附剂。
在本实施例中所制备的耐酸性OFF型分子筛吸附剂比表面积461.58m2/g，孔隙中值宽度为5.014nm，平均粒径为0.8μm。
实施例3
一种利用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂：
采用与实施例1相同的偏高岭土制备方法。将偏高岭土、氢氧化钠、氢氧化钾、硅溶胶、四甲基氢氧化铵按照摩尔比为Al2O3：SiO2：Na2O：K2O：TMAOH＝18.2：4.2：1.5：1.8：220与水混合，室温搅拌老化12h，转入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在100℃下晶化60h，将晶化产物用去离子水反复抽滤洗涤，完全洗去胶状物，至pH值为9～10，将滤饼在100℃烘干12h后至于550～600℃马弗炉煅烧5～6h，得到白色耐酸性OFF型分子筛吸附剂。
在本实施例中所制备的耐酸性OFF型分子筛吸附剂比表面积476.37m2/g，孔隙中值宽度为5.008nm，平均粒径为0.4μm。
实施例4
一种利用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂的方法：
采用与实施例1相同的偏高岭土制备方法,不同之处在于高岭土煅烧剥离温度为750℃。将偏高岭土、氢氧化钠、氢氧化钾、硅溶胶、四甲基氢氧化铵和水按照摩尔比为Al2O3：SiO2：Na2O：K2O：TMAOH＝20：4.5：1.6：1.2：220与水混合，室温搅拌老化12h，转入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在100～105℃下晶化48～60h，将晶化产物用去离子水反复抽滤洗涤，完全洗去胶状物，至pH值为8～10，将滤饼在100℃烘干12h后至于550～600℃马弗炉煅烧5～6h，得到白色耐酸性OFF型分子筛吸附剂。所得产物为非纯相晶体，除含有OFF型分子筛外，还存在杂晶，电镜照片见附图2。
实施例5
一种利用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂的方法：
采用与实施例1相同的偏高岭土制备方法,不同之处在于高岭土煅烧剥离温度为600℃。然后将偏高岭土、氢氧化钠、氢氧化钾、硅溶胶、四甲基氢氧化铵和水按照摩尔比为Al2O3：SiO2：Na2O：K2O：TMAOH＝18.2：4.2：1.5：2.0：220和水混合，室温搅拌老化12h，转入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在100℃下晶化60h，将晶化产物用去离子水反复抽滤洗涤，完全洗去胶状物，至pH值为8～10，将滤饼在100℃烘干12h后至于550～600℃马弗炉煅烧5～6h，得到白色耐酸性OFF型分子筛吸附剂。所得产物晶体形态不完整，未形成OFF型分子筛具有的典型米粒形状，电镜照片见附图3。
在本实施例与实施例1的不同之处在于高岭土煅烧剥离温度为600℃，低于实施例1中的930℃和实施例2中的750℃，且模板剂TMAOH量为2.0mol高于实施例1中的1.5mol。
实施例6
一种利用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂的方法：
采用与实施例1相同的偏高岭土制备方法,不同之处在于高岭土煅烧剥离温度为1050℃。然后将偏高岭土、氢氧化钠、氢氧化钾、硅溶胶、四甲基氢氧化铵和水按照摩尔比为Al2O3：SiO2：Na2O：K2O：TMAOH＝18.2：4.2：1.5：2.0：220和水混合，室温搅拌老化12h，转入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在100℃下晶化60h，将晶化产物用去离子水反复抽滤洗涤，完全洗去胶状物，至pH值为8～10，将滤饼在100℃烘干12h后至于550～600℃马弗炉煅烧5～6h。所得产物晶体形态不完整，未形成OFF型分子筛具有的典型米粒形状。
高岭土经过二甲基亚砜插层后，不同温度煅烧剥离所得偏高领土中释放的活性硅源和活性铝源比例截然不同，适用于合成不同硅铝比的分子筛，具体见表1。
综上所述，本发明提供了一种以廉价易得煤系高岭土为原料，通过二甲基亚砜插层处理，在920～940℃煅烧剥离，得到具有适合于合成OFF型分子筛硅铝比的偏高岭土，用以提供所需全部铝源和部分硅源，减少化学试剂的使用量，降低了OFF型分子筛吸附剂的原材料成本，所合成的这种吸附剂的比表面积高达453.54m2/g，孔隙中值宽度为5nm左右，粒径可在0.7μm左右，且具有较强的耐酸性，适用于pH值为4以上的酸性重金属废水的离子交换。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种利用煤系高岭土合成耐酸性OFF型分子筛吸附剂的方法，包括如下步骤：
(1)将内蒙古煤系高岭土研磨过筛，与二甲基亚砜及去离子水混合，55～65℃下超声分散2～3h后，在25～35℃下搅拌12～16h，抽滤洗涤干燥，并在920～940℃煅烧2～4h，所得产品为偏高岭土；
(2)将步骤(1)所得偏高岭土与氢氧化钠、氢氧化钾、硅溶胶、四甲基氢氧化铵(TMAOH)混合于水中，室温搅拌老化12h得到合成液溶胶；
(3)将步骤(2)所得合成液溶胶转入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，加盖密封后至于烘箱晶化得到OFF型分子筛原粉；
(4)将步骤(3)所得OFF型分子筛原粉用去离子水抽滤洗涤至pH值为8～10，将滤饼在80～100℃下干燥、粉碎；
(5)将步骤(4)中经过干燥粉碎的OFF型分子筛在550℃马弗炉中煅烧5～7h得到耐酸性OFF型分子筛吸附剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所得偏高岭土中：Al2O3≥44.5wt.％，SiO2≥51.5wt.％，Fe2O3<0.5wt.％，TiO2<0.5wt.％，CaO<0.3wt.％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中煤系高岭土、二甲基亚砜与去离子水的质量之比为1：5：1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中偏高岭土与氢氧化钠、氢氧化钾、硅溶胶、四甲基氢氧化铵的摩尔比为Al2O3：SiO2：Na2O：K2O：TMAOH＝(18.2～20)：(4.1～4.5)：(1.4～1.6)：(1.2～2.0)：220。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中晶化温度为100～120℃，晶化时间为36～72h。
6.一种耐酸性OFF型分子筛吸附剂，其特征在于，采用权利要求1～5任一项所述的方法制备得到。
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