[发明专利]一种常温常压下制备沸石的工艺方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物资源利用领域，更具体地，涉及一种常温常压下制备沸石的工艺方法及其应用。

背景技术

在中国，火电厂每年产生10-20％的粉煤灰，并且产量逐年增加，粉煤灰的处理不仅占用土地资源，耗费成本，并且长期有可能会污染环境。粉煤灰的处理一般用两种方法：一种是火电厂征地贮存粉煤灰，通过湿法排灰将粉煤灰排入贮灰池沉淀储放，或是通过干法排灰将粉煤灰运送到贮灰场储放；另外一种是对粉煤灰进行综合利用，通常用于建材生产、建筑工程等。根据统计，粉煤灰的利用率美国达到了39％，欧洲达到了47％，而中国的实际利用率却不足30％。并且随着中国经济的增长，对煤的利用将继续增加，因此，粉煤灰的利用亟待提高。

由于粉煤灰主要氧化物组成为SiO₂和Al₂O₃，与沸石有相近的化学组成且两种成分含量较高，故可利用其合成经济价值较高的沸石。沸石常被应于污染物的吸附，如吸附废水中的Cr(Ⅵ)。而普通沸石对Cr(Ⅵ)只有物理吸附的作用，粉煤灰合成的沸石由于粉煤灰中低价铁元素的存在，而具有化学还原性，用于处理废水中的Cr(Ⅵ)时由于其化学吸附作用而效率更高。

利用粉煤灰合成沸石的研究有很多，比较常用的有两种方法：一是水热法，即是在高压反应釜里通过水浴合成沸石；二是两步法，即先在管式炉里碱熔，然后再通过水热法来合成沸石。相比较而言，水浴合成沸石需要100℃以上的温度；而两步法合成沸石，在碱熔的部分，需要的温度更高达500℃以上，比较消耗能源。并且两种方法对粉煤灰中比较稳定的晶体结构——莫来石破坏效果较差。

而机械研磨通过磨球的机械撞击，不仅能够使得研磨材料固体细化；而且随着机械研磨过程的进行，机械能转化为反应物质的化学能储存在物质内部，从而增加反应物质的活化能。根据以上特点，通过机械研磨的方法，粉煤灰可以作为原材料来合成沸石。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种常温常压下制备沸石的工艺方法，其中通过对其反应参与物及其关键配料比和其他反应条件的设计，能够在常温常压、便于操控的条件下即获得所需的沸石产品；尤其是，由于球磨工艺中能够在粉煤灰表面产生局部高温，破坏了粉煤灰中莫来石的稳定晶体结构，相应显著加快了粉煤灰中的Si氧化物和Al氧化物与溶液中的Na⁺或者K⁺离子结合，从而进一步促进沸石产物的形成。

按照本发明的一个方面，提供了一种常温常压下制备沸石的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

用NaOH溶液或者KOH溶液配置成OH^-离子浓度为1mol/L～4mol/L的碱溶液，将粉煤灰与此碱溶液共同放置于球磨罐中，并且两者之间以10g～25g:100ml的固液比混合来形成悬浊液；接着，向该悬浊液中加入多种直径规格的磨球，这些磨球的直径被限定在2mm～15mm范围内；

将上述球磨罐放置于行星球磨机中，并在常温常压的条件下执行研磨处理，其中该研磨处理的转速被设定为350rpm～500rpm，研磨时间被设定为6h～24h；接着，取出球磨罐，将里面溶液连同固体一起倒出并过滤，然后60℃～90℃的条件下下干燥4h～24h；此研磨过程中，粉煤灰表面会形成局部的高温，并在强碱性溶液的配合作用下，粉煤灰中的Si氧化物和Al氧化物溶解，同时使得粉煤灰中莫来石的稳定晶体结构被破坏，进而使得存在于碱液中的Na⁺或者K⁺与来自于粉煤灰原料的Si⁴⁺和Al³⁺进行结合，最终形成所需的沸石产品。

作为进一步优选地，所述粉煤灰与所述碱溶液的固液比进一步设定为12g～17g:100ml。

作为进一步优选地，所述多种尺寸规格的磨球被设计如下：直径2mm的小尺寸磨球5个～9个，直径为5mm的中尺寸磨球6个～11个以及直径为15mm的大尺寸磨球5个～9个。

按照本发明的另一方面，还提供了将本发明的工艺方法所制备的沸石，在Cr(Ⅵ)的吸附上的应用。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点：

1、通过采用粉煤灰和碱溶液作为反应参与物，并选择适当工艺条件的球磨工艺来执行处理，相应可使得整个反应过程能够在常温常压下操作，而无需高温高压等复杂反应条件的参与，而且无废气排放，节能环保；