CN109607562A - 一种沸石的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种沸石的制备方法及应用，包括以下步骤：A配制球型硅铝化合物，将含有铝、硅、钠、钙、镁元素的原料与水通过球磨混合成浆体，粒度D50小于1um的浆体取出通过喷雾造粒成球型半成品，喷雾造粒后粒径30‑80um的球型半成品烘干烧结备用，小于30um的球型半成品烘干烧结粉碎成2‑4um细粉，粒径30‑80um的球型半成品烘干烧结后与细粉通过滚球机制备出球型硅铝化合物并烘干备用；B将步骤A制备出来的硅铝化合物浸渍在含有La、Ce、Pr、Nd、Sm、Pt、Cu、Cr的硝酸盐或醋酸盐溶液中，并保持一定的酸度；C浸渍后的硅铝化合物烘干进行活化处理，活化处理后的硅铝化合物进行烧结得成品。本发明工艺简单，原料易得，制得的产品能有效去除VOCs。

Description

一种沸石的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及涉及一种沸石的制备方法。
背景技术
挥发性有机物，即volatile organic compounds，简称VOCs。VOCs的排放总量超过二氧化硫和氮氧化物，而且是形成PM2.5和臭氧的重要前体物之一，对人体健康危害很大。然而不同于二氧化硫和氮氧化物，多数情况下VOCs来自无组织排放，也就是不经过排气筒的无规则排放。VOCs的具体种类繁多，包括苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯等，再加之无组织排放方式，使得VOCs治理显得更为复杂和具有挑战性。我国VOCs治理基础薄弱，标准缺失。在有VOCs的环境中工作或生活，有些人会明显感觉到头痛或眼花，即所谓的“新房症候群”。事实上，长期曝露在VOCs污染的环境对人体健康的危害很大，轻者会出现头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐、或呈酩醉状，重者会出现肝中毒、昏迷，甚至还可能有生命危险。
挥发性有机物净化技术目前常用的处理方法有燃烧法、吸附法等。其中吸附法是一种常用的有机废气净化有效方法，是利用各种固体吸附剂(如活性炭、活性炭纤维、分子筛等)对排放废气中的污染物进行吸附净化，沸石在现有技术中是公知的，其为结晶的铝硅酸盐，作为一种多孔无机材料，具备丰富的微孔、分子筛选性能以及良好的热及水热稳定性，被广泛用于催化和吸附分离工艺中。
发明内容
本发明提供的一种沸石的制备方法，包括以下步骤：A配制球型硅铝化合物，将含有铝、硅、钠、钙、镁元素的原料与水通过球磨混合成浆体，粒度D50小于1um的浆体取出通过喷雾造粒成球型半成品，喷雾造粒后粒径30-80um的球型半成品烘干烧结备用，小于30um的球型半成品烘干烧结粉碎成2-4um细粉，粒径30-80um的球型半成品烘干烧结后与细粉通过滚球机制备出球型硅铝化合物并烘干备用；B将步骤A制备出来的硅铝化合物浸渍在含有La、Ce、Pr、Nd、Sm、Pt、Cu、Cr的硝酸盐或醋酸盐溶液中，并保持一定的酸度；C浸渍后的硅铝化合物烘干进行活化处理，活化处理后的硅铝化合物进行烧结得成品。
进一步的，所述步骤A中含有铝、硅、钠、钙、镁元素的原料分别来源氢氧化铝、硅酸、氢氧化钠、碳酸钙、氧化镁。
进一步的，所述步骤A中铝、硅、钠、钙、镁元素质量比为1：2：0.56：0.05：0.17。
进一步的，所述步骤A中含有铝、硅、钠、钙、镁元素的原料与水按1：1的重量比混合。
进一步的，所述步骤A中粒径30-80um的球型半成品装入氧化铝坩埚在1200℃隧道窑烧结6小时，小于30um的球型半成品装入氧化铝坩埚在1180℃烧结5小时。
进一步的，所述步骤A中球型硅铝化合物在150℃红外线烘干炉中烘干。
进一步的，所述步骤B中La、Ce、Pr、Nd、Sm、Pt、Cu、Cr的硝酸盐其重量百分比为硝酸镧13％、硝酸钐6％、硝酸镨5％、硝酸铜11％、硝酸铈11.6％、硝酸钕15％、硝酸铂2％、柠檬酸38.4％，剩余水补足配制。
进一步的，所述步骤B中La、Ce、Pr、Nd、Sm、Pt、Cu、Cr的硝酸盐溶液与硅铝化合物按2：1的重量比混合。
进一步的，所述步骤B中浸渍的时间为6小时,温度保持在85℃，pH值为3-4。
进一步的，所述步骤B中活化处理为硅铝化合物在氢气保护的电炉1100度进行气氛烧结。
本发明的另外一个目的提供一种利用上述方法制备得到的沸石的应用，其特征在于：利用所述的沸石应用在分解VOCs气体设备系统及新风系统中。
有益效果：本发明提供的一种沸石的制备方法，工艺简单，原料易得，将含有铝、硅、钠、钙、镁元素的原料通过添加微量稀土元素及稀有金属元素，制得的产品比表面积大，具有微介孔多级孔分布结构，对于VOCS气体分解效果优良，应用于通风系统中去除有害气体效果好值得推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，其中：
图1是本发明实施例样品EDAX谱图及元素含量分析；
图2是本发明实施例样品内表面微观形貌；
图3是本发明实施例样品断面的微观形貌；
图4是本发明实施例样品等温N2吸脱附曲线；
图5是本发明实施例样品增量孔隙体积与孔宽的关系图；
图6是本发明实施例样品BJH测定的脱附孔容与孔径分布图；
图7是本发明实施例样品增量孔隙面积与孔宽的关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明详细说明。
本实施例一种沸石的制备方法，包括以下步骤：A配制球型硅铝化合物，将含有铝、硅、钠、钙、镁元素的原料与水通过球磨混合成浆体，粒度D50小于1um的浆体取出通过喷雾造粒成球型半成品，喷雾造粒后粒径30-80um的球型半成品烘干烧结备用，小于30um的球型半成品烘干烧结粉碎成2-4um细粉，粒径30-80um的球型半成品烘干烧结后与细粉通过滚球机制备出球型硅铝化合物并烘干备用；B将步骤A制备出来的硅铝化合物浸渍在含有La、Ce、Pr、Nd、Sm、Pt、Cu、Cr的硝酸盐或醋酸盐溶液中，并保持一定的酸度；C浸渍后的硅铝化合物烘干进行活化处理，活化处理后的硅铝化合物进行烧结得成品。
本实施例的球型硅铝化合物制作方法：按照Al:Si≈1:2，Al:Na≈1:0.56，Al:Ca≈1:0.05，Al:Mg≈1:0.17配方称量各种原料进入混料机混合4小时倒入聚氨酯球磨桶加纯水1：1进行球磨混合，过程检测粒度为D50小于1um后浆体取出喷雾造粒球型30-80um选出备用。
按照Al:Si＝1:1.85，Al:Na＝1:0.46，Al:Ca＝1:0.065，Al:Mg＝1:0.19摩尔配比称量氢氧化铝、硅酸、氢氧化钠、碳酸钙、氧化镁。总重量按照100公斤计算各种原料放入220升三维混料机混合4小时后倒入聚氨酯球磨搅拌桶加纯水100升进行球磨混合成浆体粥状，用百特激光粒度仪检测粒度为D50＝0.82um后停止搅拌，取出浆体喷雾造粒球型范围3-80um。通过气流分选取35-80um大约53％。小于30um的占45％，剩余残渣去掉。把30-80um物料装入到750ml氧化铝坩埚中在1200℃隧道窑烧结6小时后备用。小于30um物料装入氧化铝坩埚1180℃烧结5小时后通过气流粉碎成3um以下粉末备用。
滚球处理：30-80um球型基料放入滚球机滚动状态下添加粉碎的小于3微米粉料。喷水1％使细粉末层层包裹的形式滚球，最终使30-80um的球型基料包裹长到3-5mm后放在150度红外线烘干炉烘干。
基料浸渍微量元素：取原料配比为：硝酸铜11％、硝酸铈11.6％、硝酸镨5％、硝酸钕15％、硝酸钐6％、硝酸铂2％、硝酸镧13％、柠檬酸38.4％混合加热到85℃比重1.223pH值＝3.5然后按照硅铝基料50公斤加浸渍液25公斤比例装入在100L三维运动混料机转速15转/分混料浸渍6小时。取出浸渍的硅铝盐烘干后在18米隧道窑150-255℃进行活化处理。然后把活化处理的的硅铝盐放在氢气保护的电炉1100℃进行气氛烧结，得成品。
对本实施例样品进行成分分析，分别选取了样品的内表面、断面、外表面等不同位置，对元素组成及分布进行了多组EDAX测试，结果见表1及图1。
表1本实施例样品组分组成表
对多组数据平均化，计算出各种元素与Al元素的相对比值，Al:Si≈1:2，Al:Na≈1:0.56，Al:Ca≈1:0.05，Al:Mg≈1:0.17，属于中硅沸石，因此确定了样品的可能化学式为：分子式：0.1CaO·0.56Na2O·0.34MgO·Al2O3·4SiO2·nH2O。
对本实施例样品进行微观形貌观察，采用扫描电镜SEM对本实施例样品微观表面形貌进行观察，图2为样品内表面微观形貌，从图2可以看到由2-4μm大小的颗粒组成，这些颗粒为硅铝氧化物颗粒，颗粒表面可看到针状或丝状结构晶体组分，图3为球状样品断面的微观形貌，通过对断面形貌的观察，在不同放大倍数下发现颗粒结构更加明显，颗粒大小与图2中一致，大小为2-4μm左右，颗粒通过粘结物粘连在一起，形成具有一定强度的块状体。
对本实施例样品进行孔结构分析，进行等温氮气吸脱附测试孔结构及孔径分布，结果如下：检测比表面积110m2/g，微介孔多级孔分布结构，微孔为1.3um介孔分布较宽(2-20nm)，还有少量大孔(30nm-180nm)，请参见图4，图4为等温N2吸脱附曲线；图5为增量孔隙体积与孔宽的关系图、图6为BJH测定的脱附孔容与孔径分布图，图5、图6可以得出本实施例样品总孔体积：0.112862cm3/g，其中微孔体积：t-Plot micropore volume:0.042808cm3/g，其他孔体积：0.066568cm3/g；图7为增量孔隙面积与孔宽的关系图，从图中可以得出比表面积：BET Surface Area:110.6909m2/g，其中微孔：(≤2nm)t-Plot Micropore Area:81.2162m2/g，其他孔面积：t-Plot External Surface Area:29.4748m2/g。
以上内容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，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种沸石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A配制球型硅铝化合物，将含有铝、硅、钠、钙、镁元素的原料与水通过球磨混合成浆体，粒度D50小于1um的浆体取出通过喷雾造粒成球型半成品，喷雾造粒后粒径30-80um的球型半成品烘干烧结备用，小于30um的球型半成品烘干烧结粉碎成2-4um细粉，粒径30-80um的球型半成品烘干烧结后与细粉通过滚球机制备出球型硅铝化合物并烘干备用；步骤B将步骤A制备出来的硅铝化合物浸渍在含有La、Ce、Pr、Nd、Sm、Pt、Cu、Cr的硝酸盐或醋酸盐溶液中，并保持一定的酸度；C浸渍后的硅铝化合物烘干进行活化处理，活化处理后的硅铝化合物进行烧结得成品。
2.根据权利要求1所述的沸石的制备方法，其特征在于：所述步骤A中含有铝、硅、钠、钙、镁元素的原料分别来源氢氧化铝、硅酸、氢氧化钠、碳酸钙、氧化镁。
3.根据权利要求2所述的沸石的制备方法，其特征在于：所述步骤A中铝、硅、钠、钙、镁元素质量比为1：2：0.56：0.05：0.17。
4.根据权利要求3所述的沸石的制备方法，其特征在于：所述步骤A中含有铝、硅、钠、钙、镁元素的原料与水按1：1的重量比混合。
5.根据权利要求4所述的沸石的制备方法，其特征在于：所述步骤A中粒径30-80um的球型半成品装入氧化铝坩埚在1200℃隧道窑烧结6小时，小于30um的球型半成品装入氧化铝坩埚在1180℃烧结5小时。
6.根据权利要求4所述的沸石的制备方法，其特征在于：所述步骤A中球型硅铝化合物在150℃红外线烘干炉中烘干。
7.根据权利要求6所述的沸石的制备方法，其特征在于：所述步骤B中La、Ce、Pr、Nd、Sm、Pt、Cu、Cr的硝酸盐其重量百分比为硝酸镧13％、硝酸钐6％、硝酸镨5％、硝酸铜11％、硝酸铈11.6％、硝酸钕15％、硝酸铂2％、柠檬酸38.4％，剩余水补足配制。
8.根据权利要求6所述的沸石的制备方法，其特征在于：所述步骤B中La、Ce、Pr、Nd、Sm、Pt、Cu、Cr的硝酸盐溶液与硅铝化合物按2：1的重量比混合。
9.根据权利要求6所述的沸石制备方法，其特征在于：所述步骤B中浸渍的时间为6小时,温度保持在85℃，pH值为3-4，所述步骤B中活化处理为硅铝化合物在氢气保护的电炉1100度进行气氛烧结。
10.如权利要求1至9中任一项中所述方法制备得到的沸石的应用，其特征在于：利用所述的沸石应用在分解VOCs气体设备系统及新风系统中。
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