[发明专利]一种超声辅助煤矸石合成4A沸石的方法

说明书

技术领域

本发明属于一种合成4A沸石的方法，具体涉及一种以煤矸石作为原料，在超声条件下制备4A沸石的方法。

背景技术

煤矸石是一种煤伴生废石，是在采煤过程中排放的固体废弃物。由于我国煤矿丰富，所以产生的煤矸石的量十分巨大。据统计，我国目前煤矸石累计堆放量己达30亿吨，占地20多万亩，且每年还以千万吨的速度递增，而这给煤矿周围的环境带来巨大危害。在日益注重环境保护的今天，如何处置这一废弃物成为了当务之急。

研究发现，煤矸石主要成分为SiO₂和Al₂O₃，这与4A沸石的组分相同。因此，由煤矸石制备4A沸石不失为一种变废为宝，废物利用的有效途径。4A沸石以其优异的吸附性能在诸多领域有广泛的应用，比如，在冶金工业，4A沸石作为分离剂提取水中的钾、铷、铯等；在石化工业，4A沸石可作为吸附剂、催化剂、干燥剂等；在医药行业，4A沸石可用于制备载银沸石抗菌剂；在农业，4A沸石可作为土壤改良剂；在日化行业，4A沸石可代替三聚磷酸钠作为洗涤剂助剂使用，可以防止由磷引起的富营养化问题。因此，由煤矸石制备4A沸石不仅可以大量消耗煤矸石，解决环境问题，而且还可以降低4A沸石的生产成本，使4A沸石应用更加广泛，甚至开拓4A沸石的应用领域。

如今由煤矸石制备4A沸石以常规水热法为主，但是水热法耗能，反应周期长，产品粒径较大且分布不均匀。超声波法是近几年兴起的一种快速合成方法，该方法利用声空化能加速和控制化学反应(声空化是指液体中微小泡核在声波作用下被激活，表现为泡核的震荡、生长、收缩、崩溃等一系列动力学过程。在空化泡崩溃的瞬间，会在其周围的极小空间内产生出1900－5200K的高温和超过500MPa的高压，温度变化率高达10⁹K/s，并伴有强烈的冲击波和时速高达400km/h的射流，这些条件足以打破结合力强的化学键(376.8－418.6kJ/mol)，并促进“水相燃烧”(aqueouscombustion)反应。)，因此，使用超声辅助水热合成4A沸石可以大大提高反应效率。

许多专利涉及利用超声波辅助制备沸石，比如：中国专利200710031267.7“合成纳米A型分子筛的方法”，中国专利200410014886.1“洗涤剂助剂4A沸石分子筛的制备方法”，中国专利200310111435.5“纳米A型分子筛的制备方法”，等。这些专利介绍了使用超声波辅助制备A型沸石的方法，但是，这些方法都是由化学试剂作为硅源和铝源来合成沸石的，无疑原料成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低，4A沸石粒径小，分布均匀，制备周期短的超声辅助煤矸石合成4A沸石的方法。

本发明是以煤矸石为原料，经过加碱煅烧对煤矸石进行活化，然后通过水热法在超声条件下进行老化、晶化合成4A沸石。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

(1)将煤矸石粉碎、用球磨机进行研磨，并且过100目筛(粒径为150um)，得到粒径均匀的煤矸石粉末；

(2)按煤矸石与NaOH质量比为1：1－2，称取煤矸石与NaOH，混匀，在600－800℃下煅烧1.5－2.5h，得到活化煤矸石；

(3)按活化煤矸石和水比为0.13－0.26g：1ml，称取活化煤矸石和水混合，在超声频率为40－300Hz条件下，于40－70℃老化1－3h；

(4)老化完成后，将温度提高到85－100℃，晶化30－90min；

(5)晶化完成后，过滤、洗涤、烘干，得到4A沸石。

如步骤(1)所述的煤矸石中SiO₂和Al₂O₃的摩尔比为2(若煤矸石中SiO₂和Al₂O₃的摩尔比不为2，需补加硅源或铝源)。

本发明的优点如下：

本发明可以大量利用煤矸石，并制备得到高附加值的产品，及可以解决环境问题，还能获得经济利益；在超声条件下合成4A沸石，可以降低反应温度，缩短反应时间，从而可以大大降低能源消耗，而且获得的4A沸石平均粒径较小，钙交换值较高，可以广泛用作洗涤剂助剂。

附图说明：