[发明专利]将粉煤灰水热合成高纯沸石和粉煤灰沸石吸附剂的工艺

说明书

技术领域

本发明属于粉煤灰再利用技术领域，具体涉及一种将粉煤灰水热合成高纯沸石和粉煤灰沸石吸附剂的工艺。

背景技术

粉煤灰是火力发电厂排放的固体废物，我国粉煤灰排放量每年超过1亿吨，全世界排放量每年为50亿吨。在排放的粉煤灰中，不到1/2的粉煤灰用于水泥生产、煤坑填充、土木工程等低附加值的应用，剩余的则修建灰坝堆放，粉煤灰利用率较低。

用粉煤灰合成沸石(简称粉煤灰沸石)是粉煤灰高附加值利用的一条途径。沸石是一类结晶的硅铝酸盐微孔结晶体，沸石是应用最广泛的吸附剂和催化剂。粉煤灰合成的沸石有较好的吸附能力和催化能力。

碱溶液水热法是在水热条件下将粉煤灰与碱溶液反应生成沸石。Somerset[Talanta，2004，64：109-114]等人用粉煤灰为原料，研究了碱溶液中各成分不同配比，对沸石形成的影响。它们在85℃水热条件下反应72h，合成了Na-A沸石和X沸石。Hui[Microporous and Mesoporous Materials，2006，88：145-151]，Tanaka[Fuel，2006，85：1329-1334]等人将粉煤灰已溶解于碱溶液中的硅铝过滤出，合成了纯的4A沸石。

碱熔融水热法是将粉煤灰与碱混合在高温(700℃以上)熔融，使结晶相转变为易溶于水的硅与铝的钠盐(提高粉煤灰的利用率)，在水热条件下生成沸石产物。Molina等人[Minerals Engineering，2004，7：167-173]研究了NaOH的加入量、熔融时间和熔融后体系的水热温度对沸石合成的影响。结果表明NaOH的量不仅影响沸石的合成量，还影响沸石的类型。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、不影响沸石的合成量，也不影响沸石的类型的将粉煤灰水热合成高纯沸石和粉煤灰沸石吸附剂的工艺，以制备出纯度高的沸石以及较强吸附能力的粉煤灰沸石吸附剂。

本发明的原理：在粉煤灰中加入碱溶液，在水热条件下得到含硅元素和铝元素的溶液，在含铝和硅的溶液中加入一定量的可碱溶性Al₂O₃或SiO₂，水热反应一定时间制备高纯沸石。将粉煤灰或在水热条件下未溶解的粉煤灰，加入氢氧化钠或碳酸钠混合均匀(或在一定温度煅烧后)，水热反应，得到粉煤灰沸石吸附剂。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种将粉煤灰水热合成高纯沸石和粉煤灰沸石吸附剂的工艺，其特征在于工艺过程为：

(1)用研磨机将粉煤灰研磨成粒度为0.1-80μm的粉煤灰；

(2)将步骤(1)中经研磨后的粉煤灰加入到装有碱溶液的塑料容器中，碱溶液与粉煤灰的体积比为1∶2-20，所述碱溶液为浓度为1-3mol/L的氢氧化钠溶液，在水热温度为30-100℃的条件下水热1-3天，用200-500目的筛网过滤，得到含硅元素和铝元素的溶液以及未溶的粉煤灰；

(3)在(2)制备的含硅元素和铝元素的溶液中加入溶于碱溶液的Al₂O₃或SiO₂，使溶液体系Si/Al比为需要制备沸石Si/Al比的0.8-1.2倍，在水热温度为30-100℃的条件下水热1-6天，得到纯度在90％以上的高纯沸石，分离碱溶液和高纯沸石，碱溶液循环利用；

(4)将步骤(2)得到的未溶的粉煤灰烘干或步骤(1)得到的粉煤灰，加入氢氧化钠或碳酸钠和粒径在0.1-40μm的Al₂O₃或SiO₂混合均匀，使反应体系Si/Al比为需要制备沸石Si/Al比的0.8-1.2倍，研磨或在温度200-500℃条件下煅烧1-3h后，加入步骤(3)中合成高纯沸石后的碱溶液，在水热温度为30-100℃的条件下水热1-3天，得到粉煤灰沸石吸附剂，分离粉煤灰沸石吸附剂和碱溶液，碱溶液循环利用，氢氧化钠或碳酸钠的加入量为粉煤灰中硅元素和铝元素摩尔总数的0.5-2倍。

上述步骤(1)中所述研磨机为振动研磨机或行星研磨机。

上述步骤(3)中所述高纯沸石为A型沸石、Y型沸石、X型沸石、P型沸石或ZSM-5沸石。

上述步骤(4)中所述粉煤灰沸石吸附剂中含有A型沸石、Y型沸石、X型沸石、P型沸石和ZSM-5沸石中的一种或两种以上沸石，沸石含量为粉煤灰沸石吸附剂重量的40％-90％。