[发明专利]一种利用粉煤灰酸浸渣制备介孔氧化硅的方法

说明书

本发明公开了一种利用粉煤灰酸浸渣制备介孔氧化硅的方法，包括以下步骤：1)粉煤灰与硫酸或盐酸在120～140℃下酸浸后，过滤分离，得到粉煤灰酸浸渣；2)将粉煤灰酸浸渣与氢氧化钠溶液按照固液比1:2～1:4混合，在60～90℃下溶解反应0.5～2h，趁热过滤，得到高模数水玻璃；3)调整水玻璃中硅的浓度，用硫酸调节溶液的pH值为4～5，反应5～10min；4)用氨水调节溶胶的pH值为7～9，再加入六偏磷酸钠，在30～60℃下老化0.5～2h；5)将老化后的混合物进行固液分离，得到滤饼；6)将滤饼在100～110℃下干燥1～2h，再在300～400℃下焙烧1.5～3h，冷却后得到介孔氧化硅。

技术领域

本发明属于工业固体废弃物粉煤灰的资源化利用及介孔氧化硅合成技术领域，具体涉及一种利用粉煤灰酸浸渣制备介孔氧化硅的方法。

背景技术

粉煤灰是燃煤电厂产生的主要的固体废弃物之一，年产生量巨大。目前，粉煤灰被广泛应用于建材、建工领域，利用率达到70％，剩余未得到有效利用的粉煤灰大量堆存不仅占用了宝贵的土地资源，而且由于扬尘、排入水系等方式对环境产生了严重的影响。

粉煤灰的主要成分是氧化硅和氧化铝(60～85％)，因此粉煤灰中硅铝的利用是粉煤灰的重要方向。在温和条件下对粉煤灰酸浸，再经分离纯化可以得到一系列高附加值的铝产品聚合氯化铝、冶金级氧化铝等。在制备铝产品的同时，氧化硅以酸浸渣的形式分离出来。酸浸渣的主要成分为氧化硅(85％)，是良好的硅源；但酸浸渣中的氧化硅不能直接应用，必须需将其转化为硅酸钠溶液，或再经硅酸钠溶液制备硅材料。因此酸浸渣高效制备硅酸钠溶液是酸浸渣中硅利用的首要问题。此外，硅酸钠溶液市场需求量大，工业上通过石英砂为原料在高温高压条件下碱溶制备，该工艺中不仅大量开采石英砂，造成环境破坏，而且工艺能耗高。由于酸浸渣中硅主要为无定型氧化硅，活性较高，因此在低温下碱溶就能得到硅酸钠溶液。以低成本的粉煤灰基硅酸钠溶液为原料，通过工艺优化可以进一步制备出附加值较高的有序介孔氧化硅材料。

介孔氧化硅由于具有适宜的比表面积、孔径，在催化、吸附分离等领域有着广泛应用。目前以粉煤灰制备介孔氧化硅材料大部分是利用粉煤灰基硅酸钠为前驱体，在模板剂的辅助下，采用水热法或者溶胶-凝胶法制备。然而，由于模板剂昂贵、硅浓度较低而导致制备介孔氧化硅的成本较高、生产效率低。此外，低模数的硅酸钠溶液使得在材料制备过程中产生大量的钠盐，后处理困难，难以在工业上推广应用。因此，亟待开发一种高效的、大规模生产粉煤灰基介孔氧化硅的方法，从而满足介孔氧化硅不断生长的需求，同时也对粉煤灰进行充分消纳，真正解决粉煤灰的处置问题。

综上所述，本发明以粉煤灰酸浸渣为原料制备高模数的硅酸钠溶液，进而以此为原料，采用简单的溶胶-凝胶工艺，通过控制化学反应过程从而控制硅酸钠的水解、聚合速度，实现了介孔氧化硅的大规模可控合成，具有良好的经济、环境和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用粉煤灰酸浸渣制备介孔氧化硅的方法，该方法工艺流程简单、原料价格低廉、合成成本低、合成过程在工业上简单易行，能耗较低。通过本发明方法合成的介孔氧化硅材料具有较大的比表面积和孔容，在吸附领域具有广阔的前景。

为实现上述目的，本发明所设计的一种利用粉煤灰酸浸渣制备介孔氧化硅的方法，包括以下步骤：

1)粉煤灰与硫酸或盐酸溶液在120～140℃下酸浸100～140min后，过滤分离，得到粉煤灰酸浸渣；

2)将步骤1)中得到的粉煤灰酸浸渣与氢氧化钠溶液按照固液比 1:2～1:4混合，在60～90℃下溶解反应0.5～2h，反应结束，趁热过滤，得到高模数水玻璃；

3)调整水玻璃中硅的浓度为20～60g/L，用硫酸调节高模数硅酸钠溶液的pH值为4～5，进行溶胶-凝胶反应5～10min，得到溶胶；

4)用氨水调节溶胶的pH值为7～9，再加入六偏磷酸钠，在30～60℃下老化0.5～2h，其中六偏磷酸钠与水玻璃的质量比为0.05～0.2％；