一種粉煤灰合成X型沸石的方法技術

本發明專利技術涉及一種粉煤灰合成X型沸石的方法；將100?200目原料粉煤灰煅燒，得到除碳后的原料；將煅燒后的粉煤灰浸泡于鹽酸溶液中，攪拌反應，隨后過濾，濾餅水洗至pH＝6.0?7.0，然后放入烘箱干燥；加硅酸鈉、氫氧化鈉和蒸餾水，混合物料，在室溫下攪拌陳化；然后轉移至水熱反應釜中，密封，再將水熱反應釜放入烘箱中，在90?105℃下反應；反應完成后，取出水熱反應釜，冷卻至室溫，過濾固體產物，并用蒸餾水對濾餅進行洗滌，直至洗滌溶液pH至8.5?10，過濾后放入烘箱干燥，得到X型沸石。X型沸石為立體八面體結構，晶型輪廓清晰，形態完好，粒徑均一；其熱重?差熱分析說明X型沸石熱穩定性良好。

Method for synthesizing X zeolite by using fly ash

The invention relates to a method for the synthesis of X zeolite with fly ash; 100 200 orders of raw materials of fly ash calcination, obtained after removing the carbon material; the calcined fly ash soaked in hydrochloric acid solution, stirring, after filtering, washing the filter cake to pH = 6 7, and then put into the oven drying; addition of sodium silicate, sodium hydroxide and distilled water, mixing, stirring at room temperature aging; the seal is then transferred to a hydrothermal reaction kettle, and then the autoclave in the oven, 105 reaction at 90 DEG C; after the completion of the reaction, remove the hydrothermal reaction kettle, cooling to room temperature, filtered solid the product, and the filter cake was washed with distilled water until the wash solution, pH 10 to 8.5, filtered into the oven drying, X type zeolite. X type zeolite as a solid eight surface structure, crystal clear outline, perfect shape, uniform particle size; the thermogravimetric differential thermal analysis indicated that X type zeolite has good thermal stability.

【技術實現步驟摘要】
一種粉煤灰合成X型沸石的方法
本專利技術涉及利用煤碳燃燒后排放產生的粉煤灰中的硅、鋁源制備X型沸石的方法，具體地說，是一種粉煤灰合成X型沸石的方法；屬于固體廢物處理與資源化領域。
技術介紹
煤炭是我國工業發展的能源核心，隨著火力發電廠大量使用煤炭，且我國煤炭灰分較高，燃煤而產生的工業廢棄物粉煤灰產量迅速增加，但利用率卻增長緩慢，將粉煤灰進行填埋處理不僅浪費大量土地資源，而且還污染環境。目前，粉煤灰的資源化利用主要在建筑建材、化工、環保、農業等領域，建筑行業領域約占總量的30％。由于粉煤灰中含有二氧化硅和氧化鋁，與沸石主要成分相似，可利用粉煤灰合成高附加值的沸石分子篩。利用粉煤灰合成的沸石分子篩來處理含重金屬廢水，不但可提高粉煤灰的附加值，同時也為含重金屬廢水的治理提供了一種低成本的處理方法，這樣不但達到以廢治廢的作用，而且也起到資源化利用的效果。X型沸石為一種納米微孔材料,具有較好的吸附、催化和離子交換等性能,在化工、環境保護和醫藥衛生等領域中均有廣泛的應用和巨大的市場潛力。人工合成的X型沸石與天然的八面沸石具有相同的晶體結構,硅鋁比小于1.5。X型沸石分子篩屬于立方晶系,其理想的晶胞組成為:Na86(Al86Si106O384)·264H20，晶胞參數α為2.486-2.502nm，空間群為Fd3m，X型分子篩的每個結構單位均有192個硅(鋁)氧四面體構成,有效孔徑為0.9-1.0nm。這種結構可為吸附作用提供快速的晶內擴散優勢，有效的提高吸附能力。沸石是一種用途廣泛的無機多孔材料，由于其特殊的結構特征與性能,被廣泛的應用到重金屬離子廢水處理,廢氣處理，氣體的分離與干燥以及石油催化等工業領域。天然沸石受地域和開采條件的影響,不能完全滿足工業上對沸石量的需求。沸石雖然可以進行人工合成,但是利用純的化工原料合成沸石成本較高,同樣也限制了沸石在低端領域的應用。目前，X型沸石主要是以燒堿、氫氧化鋁、水玻璃等作為原料,采用低溫水熱合成的工藝生產。但是由于合成工藝沒有重大突破,所合成的X型沸石產品純度不高、產率低等原因,利用礦物原料合成X型沸石的工業化問題至今仍未解決。尋找合適的廉價原材料成為解決這一問題的關鍵。由于粉煤灰中含有二氧化硅和氧化鋁，與沸石的主要成分相似，所以利用粉煤灰合成X型沸石具有良好的前景。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供粉煤灰合成X型沸石的方法，可為粉煤灰的治理和資源化利用提供技術選擇。本專利技術的技術方案如下：一種粉煤灰合成X型沸石的方法，其步驟如下：1)將100-200目原料粉煤灰煅燒，得到除碳后的原料；2)將煅燒后的粉煤灰浸泡于鹽酸溶液中，攪拌反應，隨后過濾，濾餅水洗至pH＝6.0-7.0，然后放入烘箱干燥；3)向步驟2)處理后的粉煤灰中加硅酸鈉、氫氧化鈉和蒸餾水，混合物料，在室溫下攪拌陳化；然后轉移至水熱反應釜中，密封，再將水熱反應釜放入烘箱中，在90-105℃下反應；反應完成后，取出水熱反應釜，冷卻至室溫，過濾固體產物，并用蒸餾水對濾餅進行洗滌，直至洗滌溶液pH至8.5-10，過濾后放入烘箱干燥，得到X型沸石。優選步驟1)煅燒溫度為550-850℃，煅燒時間為2-4h。優選步驟2)中，煅燒后的粉煤灰浸泡于3.5-4.5mol/L的鹽酸溶液中，固液比采用1:9～11(g/ml)。優選步驟2)中在90℃下攪拌反應4-5h。優選步驟3)陳化時間為10-12h。優選步驟3)物料比分別為：硅酸鈉與步驟2)得到的粉煤灰質量比為1～2.5:1，氫氧化鈉與步驟2)得到的粉煤灰質量比固定為0.58:1，蒸餾水體積與粉煤灰和硅酸鈉混合物料的質量比范圍為5.0～10:1。優選步驟3)反應時間為8-24h。優選烘箱干燥溫度為105℃本專利技術得到一種粉煤灰合成X型沸石的方法；掃描電鏡觀察X型沸石為立體八面體結構，晶型輪廓清晰，形態完好，粒徑均一；X型沸石產品化學式為：Si7Al5O24Na7.4(H2O)5.2，匹配PDF標準卡片PDF#83-2319，粉末X-射線衍射圖特征峰衍射角度(2θ)值為6.080°、9.997°、12.380°、15.461°、17.618°、20.763°、21.580°、23.360°、26.559°、28.021°、33.757°、35.600°，合成的X型沸石的掃描電鏡圖及粉末X-射線衍射圖如圖1、圖2所示。紅外光譜圖波長位置與文獻中X型沸石紅外光譜圖相近，可進一步證實合成產物為X型沸石，其紅外光譜圖如圖5所示；熱重-差熱分析說明X型沸石熱穩定性良好。具體說明如下:研磨處理：將原料粉煤灰采用粉碎性研磨機進行研磨，用此作為合成沸石的原料；此步驟的目的在于減小顆粒粒度，且使固體顆粒更為均勻，更有利于后續反應。高溫煅燒：取研磨后的粉煤灰放在坩堝中，在馬弗爐550-850℃下高溫煅燒2-4h，除掉粉煤灰中未燃盡的碳，煅燒后粉煤灰由灰色轉變為黃色。酸溶處理：煅燒后的粉煤灰浸泡于3.4-4.5mol/L的鹽酸溶液中，固液比采用1:9～11(質量/體積，g/ml)，90℃下攪拌反應4-5h，隨后過濾，濾餅水洗至中性，然后在105℃下干燥；酸洗的目的是去除粉煤灰中的一些雜質，如鐵、鈣、鈉、硫等可溶性雜質，有利于提高后續合成沸石的純度。水熱合成：向處理后的粉煤灰中加硅酸鈉，氫氧化鈉和蒸餾水，混合物料，隨后在室溫下攪拌陳化10-12h，然后轉移至水熱反應釜中，密封，再將水熱反應釜放入烘箱中，在90-105℃下反應8-24h。反應完成后，取出水熱反應釜，冷卻至室溫，倒掉上清液，過濾固體產物，并用蒸餾水對濾餅進行洗滌，直至洗滌溶液pH至8.5-10，過濾后放入烘箱，在105℃下充分干燥，即可得到X型沸石。本專利技術提供了一種方便，簡潔、易于操作的水熱合成X型沸石的方法。合成的X型沸石產品晶型完好，呈八面體結構，粉末X-射線衍射圖(XRD)特征峰清晰完好。常溫至200℃之間存在明顯的失重現象，其DSC數據存在吸熱峰，主要是由于沸石吸附水分和部分結晶水的溢出，200℃至700℃之間仍然存在緩慢的失重現象，而DSC數據表明在350℃至700℃之間存在較多的吸熱波動峰，可能仍然是由于X型沸石中的部分結晶水分的分步脫水引起的，也可能存在晶體結構破壞現象，合成的X型沸石的熱重、微分熱重分析圖及差示掃描熱量分析圖如圖3、圖4所示。該X型沸石具有良好的熱穩定性。其紅外譜圖與純X型沸石相近。BET方法測得的X型沸石比表面積為133m2/g。附圖說明圖1：105℃晶化合成X型沸石的掃描電鏡圖；圖2：合成X型沸石的粉末X-射線衍射圖；圖3：合成X型沸石的熱重、微分熱重分析圖；圖4：合成X型沸石的差示掃描熱量分析圖；圖5：合成X型沸石的紅外光譜圖；圖6：95℃下晶化合成X型沸石的掃描電鏡圖；圖7：95℃下8h晶化合成X型沸石的粉末X-射線衍射圖；圖8：95℃下12h晶化合成X型沸石的粉末X-射線衍射圖；圖9：105℃下12h晶化合成X型沸石的粉末X-射線衍射圖；圖10：105℃下24h晶化合成X型沸石的粉末X-射線衍射圖：圖11：硅酸鈉與粉煤灰質量比為2.5時晶化合成X型沸石的掃描電鏡圖。具體實施方式實施例1.1)：取某電廠粉煤灰，用研磨機研磨成細灰，研磨后顆粒粒徑為200目；2)：取研磨后產物50g，放置于坩堝中，置馬本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種粉煤灰合成X型沸石的方法，其特征是步驟如下：1)將100?200目原料粉煤灰煅燒，得到除碳后的原料；2)將煅燒后的粉煤灰浸泡于鹽酸溶液中，攪拌反應，隨后過濾，濾餅水洗至pH＝6.0?7.0，然后放入烘箱干燥；3)向步驟2)處理后的粉煤灰中加硅酸鈉、氫氧化鈉和蒸餾水，混合物料，在室溫下攪拌陳化；然后轉移至水熱反應釜中，密封，再將水熱反應釜放入烘箱中，在90?105℃下反應；反應完成后，取出水熱反應釜，冷卻至室溫，過濾固體產物，并用蒸餾水對濾餅進行洗滌，直至洗滌溶液pH至8.5?10，過濾后放入烘箱干燥，得到X型沸石。

【技術特征摘要】
1.一種粉煤灰合成X型沸石的方法，其特征是步驟如下：1)將100-200目原料粉煤灰煅燒，得到除碳后的原料；2)將煅燒后的粉煤灰浸泡于鹽酸溶液中，攪拌反應，隨后過濾，濾餅水洗至pH＝6.0-7.0，然后放入烘箱干燥；3)向步驟2)處理后的粉煤灰中加硅酸鈉、氫氧化鈉和蒸餾水，混合物料，在室溫下攪拌陳化；然后轉移至水熱反應釜中，密封，再將水熱反應釜放入烘箱中，在90-105℃下反應；反應完成后，取出水熱反應釜，冷卻至室溫，過濾固體產物，并用蒸餾水對濾餅進行洗滌，直至洗滌溶液pH至8.5-10，過濾后放入烘箱干燥，得到X型沸石。2.如權利要求1所述的方法，其特征是步驟1)煅燒溫度為550-850℃，煅燒時間為2-4h。3.如權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉勇，王璐，王國棟，李現龍，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津,12