[发明专利]一种粉煤灰合成沸石的方法

说明书

技术领域

本发明属于燃煤发电行业副产物粉煤灰资源化处理处置技术领域，具体涉及一种粉煤灰合成沸石的方法。

背景技术

根据中国国家能源局公布2013年电力工业运行情况，化石能源发电装机量约占70％，我国的电力仍然以火力发电为主。煤炭由于产量高、价格低，成为火力发电的主要燃料，燃烧副产物粉煤灰也成为了我国当前排量较大的工业废渣之一，2013年的产量已经达到5.32亿吨。大量粉煤灰如果得不到合理处置，可能产生扬尘污染及占用土地等问题。粉煤灰的主要化学成分为硅、铝、铁、钙的氧化物和未燃尽的炭，同时还有少量的镁、钾、钠、硫、磷等的氧化物，以硅酸盐玻璃态微珠形式存在。基于对以上成分的应用，目前粉煤灰的资源化技术主要包括农业中改良土壤，建筑行业中掺混混凝土，化工行业中提取铝，以及环境行业中改性做吸附剂和沸石等。

沸石是一种铝硅酸盐晶体，由[SiO₄]^4-和[AlO₄]^5-四面体组成。四面体通过共用氧原子连接，构成硅铝氧四面体群。四面体互相连接成环形和笼形，形成孔穴和空腔，使沸石具有了较大的比表面积。这种结构和组成使沸石拥有良好的吸附性能、离子交换性能，可以用于污水废气中常见污染物的吸附处理；同时也具有了择形催化性能，可用于石油化工裂解催化；此外硅铝结构的稳定性以及大比表面积使其成为良好的催化剂基体材料，可用于嫁接有机胺吸附CO₂，或嫁接Pt/Ni催化产氢等。

目前比较传统的粉煤灰合成沸石的方法包括直接水热法和碱融-水热法。直接水热法使用高浓度碱液对粉煤灰进行破解，该方法条件较为温和，但对粉煤灰中较为稳定的石英石及莫来石等晶体结构破解效果较差，对粉煤灰的资源利用率不高。

碱融-水热法用高温碱熔融代替了碱液，很好的解决了晶体结构活化效果差的问题，提高Si、Al的利用率。目前国内外研究已经有很多粉煤灰碱融-水热法合成沸石的案例，针对其中存在工艺比较复杂、成本较高等问题，本发明不额外添加硅铝材料或模板剂，降低成本；缩短胶化时间；通过过滤工艺去除铁，简化省略除铁工艺；并通过优化工艺参数，得到了较高比表面积的沸石成品。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种粉煤灰合成沸石的方法，该方法通过对碱融-水热法工艺参数以及工艺流程的优化，提高沸石的质量以及产量，为工业固废粉煤灰的高品位资源化利用提供一个新的途径。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种粉煤灰合成沸石的方法，包括如下步骤：

步骤1：原料混合，将一定质量粉煤灰与碱按照碱灰摩尔比(mol(Si+Al):molOH^-)1:1～4:1放置于坩埚中混合均匀；

步骤2：固体碱熔融，将装有粉煤灰与碱的坩埚置于马弗炉中在500℃～900℃的温度下熔融0.5～4h，取出自然冷却后，破碎后进行机械球磨，至颗粒粒径小于1μm，得到熔融样品，称量质量；

步骤3：溶解，取2.5～10g熔融样品溶于100ml去离子水中，即液固质量比为10:1～40:1，搅拌溶解，过滤洗涤得到提取液；

步骤4：浓缩，将提取液旋蒸浓缩至40ml，即液固质量比为4:1～16:1，胶化时间20～40min；，置于50ml水热反应釜中；

步骤5：水热反应，将反应釜密封后放入温度为100～120℃的马弗炉中12～48h，进行水热反应，反应过程中依靠加热中水的蒸发以及上方气体的膨胀自动升压；

步骤6：抽滤洗涤，水热反应完成后，将样品冷却至室温，用滤膜进行抽滤洗涤，保留滤膜上的物质，烘干即得到沸石结晶样品。

步骤1所述的碱为NaOH、KOH、Na₂CO₃或Ca(OH)₂。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1.工艺中不额外添加硅铝材料或模板剂，降低成本。

2.缩短胶化时间，简化工艺流程。

3.通过过滤工艺去除铁杂质，简化除铁工艺。

4.该方法生产工艺简单，在工艺参数改进后得到了方钠石型沸石产品，比表面积最高达到了94.39m²/g，结晶度约为80％，方钠石结构硅铝摩尔比为1:1。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图2为原料粉煤灰XRD图谱。

图3为沸石样品XRD图谱。

图4为原料粉煤灰氮气吸附解吸曲线。