CN109107526B - 一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及ldh的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH制备方法，包括以下步骤：(1)将粉煤灰和碳酸钠按质量比为1∶1.2混合均匀，在碱熔温度为850℃，碱熔时间为2小时进行碱熔处理，并研磨过200目筛，获得碱熔粉煤灰；(2)每克碱熔粉煤灰中添加六水合硝酸镁0.9918g～3.9672g，用20mL去离子水溶解后，缓慢滴加20mL的0.5～2M氢氧化钠溶液，进行混合；(3)搅拌2小时；(4)按水热温度为80～150℃，水热时间为4～8小时，进行水热反应；(5)按离心转速为3000rpm，烘干温度为70℃烘干并研磨获得合成产物。本发明的方法工艺简单，成本低，重复性高，制备过程不使用有毒试剂，对环境友好。在不添加额外氢氧化钠及铝原子的条件下，额外合成获得了镁铝LDH。

Description

一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的方法
技术领域
本发明属于功能材料领域，具体涉及一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的方法。
背景技术
随着我国火电产业的不断发展，火电厂燃煤废弃物粉煤灰的产量也逐年上升。对粉煤灰如不处理而直接排放或单纯堆放，会对水、空气和土壤造成严重的污染和破坏。与此同时，粉煤灰本身的化学组成、物理性质等特点，使之具有较高的再利用价值。目前对粉煤灰的资源化利用，主要是作为建筑材料，或利用其中丰富的硅、铝元素合成材料，如沸石分子筛、氧化铝等。其中以粉煤灰合成沸石，所得产物对阳离子具有优秀的吸附性能，可用于催化、吸附等诸多领域，具有较高的经济附加值。
镁铝LDH是一类常见的层状双金属氢氧化物，需要碱性环境下，以镁离子和铝离子为原料进行共沉淀合成，对阴离子型污染物具有优秀的吸附性能。而粉煤灰合成沸石过程中需要使用大量碱液，故可通过额外投加镁源，在粉煤灰合成沸石时同步合成镁铝LDH，获得对阳离子和阴离子均具有优秀吸附性能的材料，具有良好的应用价值和应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上实际存在的问题，提供一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的方法，实现同时生产沸石和镁铝LDH，以及沸石和镁铝LDH对混合离子型污染物的去除应用。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉煤灰和碳酸钠按质量比为1∶1.2混合均匀，在碱熔温度为850℃，碱熔时间为2小时进行碱熔处理，并研磨过200目筛，获得碱熔粉煤灰；
(2)每克碱熔粉煤灰中添加六水合硝酸镁0.9918g～3.9672g，用20mL去离子水溶解后，缓慢滴加20mL的0.5~2M氢氧化钠溶液，进行混合；
(3)按搅拌转速为800rpm，搅拌时间为2小时处理步骤(2)中的混合溶液，获得胶体溶液；
(4)按水热温度为80~150℃，水热时间为4~8小时，将步骤(3)中搅拌后胶体溶液装入反应釜中进行水热反应；
(5)按离心转速为3000rpm，烘干温度为70℃，烘干时间为9小时，处理步骤(4)中反应后固相，并研磨获得合成产物。
优选的，所述步骤(1)所述的粉煤灰中SiO2的质量比为58.82％，Al2O3的质量比为25.09％。
优选的，所述步骤(2)所述的六水合硝酸镁投加量为1.9836g，氢氧化钠溶液浓度为1M。
优选的，所述步骤(4)所述的水热反应温度为100℃，水热时间为6小时。
本发明所述的粉煤灰原料同步合成沸石及LDH的方法，即利用粉煤灰碱熔后溶解的硅铝酸根及碱环境，投加额外镁离子同步合成沸石及镁铝LDH，产物可作为混合型吸附材料。本发明的有益效果：
(1)本发明的方法工艺简单，成本低，重复性高，制备过程不使用有毒试剂，对环境友好。
(2)本发明在不添加额外氢氧化钠及铝原子的条件下，额外合成获得了镁铝LDH，所得材料可复合离子型污水的处理，具有处理效率高、反应操作简单、不造成二次污染的优点，具有高经济附加值。
附图说明
图1为原始粉煤灰和碱熔粉煤灰的XRD图谱。
图2为实施例1合成产物的XRD图谱。
图3为实施例2合成产物的XRD图谱。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施案例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
对比实施例：
现有的生产方法为按粉煤灰和碳酸钠质量比为1∶1.2，碱熔温度为850℃，碱熔时间为2小时进行碱熔处理，并研磨过200目筛，获得碱熔粉煤灰，后进行搅拌、水热处理后烘干，产物进行XRD表征分析，由图1可知碱熔处理后粉煤灰中原惰性石英和莫来石均转变为可溶的硅铝酸钠。
实施例1
一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的制备方法，包括如下步骤：
(1)将SiO2的质量比为58.82％，Al2O3的质量比为25.09％的粉煤灰和碳酸钠质量比为1∶1.2混合均匀，碱熔温度为850℃，碱熔时间为2小时进行碱熔处理，并研磨过200目筛，获得碱熔粉煤灰；
(2)每克碱熔粉煤灰中添加六水合硝酸镁1.9836g，用20mL去离子水溶解后，缓慢滴加20mL的1M氢氧化钠溶液，进行混合；
(3)按搅拌转速为800rpm，搅拌时间为2小时处理混合溶液，获得胶体溶液；
(4)按水热温度为100℃，水热时间为6小时，将搅拌后胶体溶液装入反应釜中进行水热反应；
(5)按离心转速为3000rpm，烘干温度为70℃，烘干时间为9小时处理反应后固相，获得合成产物；
获得的产物主要为MgAl-LDH、各类沸石(X型、A型)和霞石。
实施例2
一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的制备方法，包括如下步骤：
(1)以与实施例1相同方法，获得碱熔粉煤灰；
(2)每克碱熔粉煤灰中添加六水合硝酸镁0.9918g，用20mL去离子水溶解后，缓慢滴加20mL的1M氢氧化钠溶液，进行混合；
(3)按搅拌转速为800rpm，搅拌时间为2小时处理混合溶液，获得胶体溶液；
(4)按水热温度为80℃，水热时间为6小时，将搅拌后胶体溶液装入反应釜中进行水热反应；
(5)按离心转速为3000rpm，烘干温度为70℃，烘干时间为9小时处理反应后固相，获得合成产物；
获得的产物主要为MgAl-LDH、各类沸石(X型、A型)和霞石。
实施例3
一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的制备方法，操作步骤与实施例1的区别之处在于：步骤(4)中按水热温度为80℃，水热时间为8小时进行水热反应，其他都与实施例1的相同，获得的产物主要为MgAl-LDH、各类沸石(X型、A型)和霞石。
实施例4
一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的制备方法，操作步骤与实施例1的区别之处在于：步骤(2)中每克碱熔粉煤灰中添加六水合硝酸镁3.9672g，氢氧化钠溶液浓度为0.5M，其他都与实施例1的相同，获得的产物主要为MgAl-LDH、各类沸石(X型、A型)和霞石。
实施例5
一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的制备方法，操作步骤与实施例1的区别之处在于：步骤(2)中每克碱熔粉煤灰中添加六水合硝酸镁3.9672g，步骤(4)中水热反应时间为4小时，其他都与实施例1的相同，获得的产物主要为MgAl-LDH、各类沸石(X型、A型)和霞石。
实施例6
一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的制备方法，操作步骤与实施例1的区别之处在于：步骤(2)中每克碱熔粉煤灰中添加六水合硝酸镁0.9918g，氢氧化钠溶液浓度为2M，步骤(4)中按水热温度为150℃，水热时间为8小时进行水热反应，其他都与实施例1的相同，获得的产物主要为MgAl-LDH、各类沸石(X型、A型)和霞石。
实施例7
一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的制备方法，操作步骤与实施例1的区别之处在于：步骤(2)中每克碱熔粉煤灰中添加六水合硝酸镁0.9918g，氢氧化钠溶液浓度为0.5M，步骤(4)中按水热温度为80℃，水热时间为4小时进行水热反应，其他都与实施例1的相同，获得的产物主要为MgAl-LDH、各类沸石(X型、A型)和霞石。
实施例8
一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的制备方法，操作步骤与实施例1的区别之处在于：步骤(2)中氢氧化钠溶液浓度为2M，步骤(4)中按水热温度为150℃，水热时间为8小时进行水热反应，其他都与实施例1的相同，获得的产物主要为各类沸石(A型、X型)、方钠石和MgAl-LDH。
其中尤其以实施例1中获得的沸石(A型、X型)和MgAl-LDH最多，其他实施例中的沸石(A型、X型)和MgAl-LDH的含量均比实施例1中的低。对实施例1和实施例2进行了XRD表征分析，得到的图谱如图2和图3所示。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种以粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将粉煤灰和碳酸钠按质量比为1：1.2混合均匀，在碱熔温度为850℃，碱熔时间为2小时进行碱熔处理，并研磨过200目筛，获得碱熔粉煤灰；
(2)每克碱熔粉煤灰中添加六水合硝酸镁0.9918g～3.9672g，用20mL去离子水溶解后，缓慢滴加20mL的0.5～2M氢氧化钠溶液，进行混合；
(3)按搅拌转速为800rpm，搅拌时间为2小时处理步骤(2)中的混合溶液，获得胶体溶液；
(4)按水热温度为80～150℃，水热时间为4～8小时，将步骤(3)中搅拌后胶体溶液装入反应釜中进行水热反应；
(5)按离心转速为3000rpm，烘干温度为70℃，烘干时间为9小时，处理步骤(4)中反应后固相，并研磨获得合成产物；
所述步骤(1)所述的粉煤灰中SiO2的质量比为58.82％，Al2O3的质量比为25.09％。
2.根据权利要求1所述的一种粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的制备方法，其特征在于所述步骤(2)所述的六水合硝酸镁投加量为1.9836g，氢氧化钠溶液浓度为1M。
3.根据权利要求1所述的一种粉煤灰为原料同步合成沸石及LDH的制备方法，其特征在于所述步骤(4)所述的水热反应温度为100℃，水热时间为6小时。
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