[发明专利]一种利用微硅粉合成SSZ‑13沸石分子筛的方法

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种利用微硅粉合成SSZ-13沸石分子筛的方法。

背景技术

微硅粉又称硅灰，是硅铁冶炼时产生大量二氧化硅和硅挥发性气体与空气接触氧化冷凝沉淀而成的一种超细无定型粉体，其主要成分为二氧化硅，含量大于90％。微硅粉产量巨大，平均每生产3t工业硅可回收1t微硅粉，每生产5t硅铁可回收1t微硅粉。因此，微硅粉是硅铁冶炼企业繁重的工业副产物。微硅粉的颜色介于浅灰色至深灰色范围之内，松装密度在2.2g/cm³左右，堆积密度在200～350kg/m³之间。因为冷凝过程极为迅速来不及形成晶体，因而具有很高的火山灰活性，而且通常在冷凝时，在气、液、固相变过程中受到表面张力的作用，微硅粉形成大小不一的圆球状，且颗粒表面包覆着一层致密的玻璃体。在电子扫描电镜下的微硅粉形貌呈球状玻璃颗粒，大部分颗粒的粒径小于1μm，其比表面积在15000～25000m²/kg范围内。常温下比电阻为2.4×1014Ω·m，pH值为6.7～8，耐火度为1600℃。这种极其微细的微硅粉若长期吸入易造成矽肺病，严重危害环境和人类身体健康。大量堆积又会造成粉尘飞扬，不仅如此，微硅粉还需要大量的堆放场地。故微硅粉的资源化利用尤为重要。

因此，国内外在微硅粉的回收利用方面也开展了大量的研究和应用工作，早期主要应用于混凝土和水泥行业、耐火材料添加剂、冶金球团助剂等。近年来，针对微硅粉优异的物化性能，新的应用领域也在拓展，如开发新型建筑复合材料，制备水玻璃和硅溶胶,制备介孔二氧化硅及对重金属离子的吸附，合成莫来石陶瓷材料，用作橡胶填料以及微硅粉提纯等。但是能够实现工业应用的依然是水泥和混凝土行业。然而微硅粉质轻体积大，运输非常困难，故在水泥混凝土行业的应用也受到地域的限制，导致冶金生产企业微硅粉的负荷越来越大。

SSZ-13分子筛具有菱沸石(CHA)结构，它是由[AlO₄]和[SiO₄]四面体通过氧原子首尾相接，有序地排列成具有八元环结构的椭球形笼(0.73nm×1.2nm)和三维交叉孔道结构，孔道尺寸为0.38nm×0.38nm，属于微孔中的小孔沸石分子筛，其比表面积可达700m²/g，孔面积为0.113nm²。

由于SSZ-13沸石分子筛具有较大的比表面积和八元环的结构特点，因而具有良好的热稳定性，可用作吸附材料，用于工业与环境上的分离、提纯、干燥与有害物质的净化等领域。例如，在天然气(CO₂/CH₄)混合气分离领域中，由于SSZ-13沸石分子筛晶体的孔道尺寸介于CO₂与CH₄分子之间，并且分子筛的微孔结构限制了分子的扩散，不同吸附位点对于不同气体的静电吸附不同，因而对CO₂具有优先吸附选择性。还有汽车尾气中NO_X的脱除。另外，由于骨架中带负电荷的[AlO₄]四面体的存在，使其骨架具有了阳离子交换性和酸性可调性，从而使SSZ-13具有良好的催化性能，如典型的甲醇制烯烃(MTO)。因此，SSZ-13在催化和吸附分离领域具有非常广阔的应用前景。

目前合成SSZ-13的硅源主要为非晶质的硅溶胶、水玻璃、硅酸钠、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、白炭黑等。采用水热法合成，硅水解时溶胶变得粘稠，晶化前处理复杂，而且硅源采用化工试剂，成本高，其生产也会带来环境污染。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种利用微硅粉合成SSZ-13沸石分子筛的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用微硅粉合成SSZ-13沸石分子筛的方法，包括如下步骤：

(1)配样：将铝源溶于去离子水中，再加入模板剂、碱源和微硅粉，搅拌混合均匀；

(2)晶化：将步骤(1)所得混合液移入反应釜，置于干燥箱中进行晶化反应，随后冷却，得到晶化产物；

(3)洗涤和干燥：将步骤(2)所得晶化产物进行多次洗涤、真空抽滤至中性后，再经烘干和研磨，得到SSZ-13沸石分子筛原粉；

(4)煅烧：将步骤(3)所得SSZ-13沸石分子筛原粉进行煅烧，SSZ-13沸石分子筛原粉经煅烧后，即得SSZ-13沸石分子筛。

上述方案中，所述微硅粉为硅铁冶炼的高炉灰，SiO₂含量大于95％。