[发明专利]一种利用粉煤灰制备多级孔ZSM-5分子筛的方法

说明书

本发明公开了一种利用粉煤灰制备多级孔ZSM‑5分子筛的方法，包括以下步骤：a、将粉煤灰与碳酸钠混合煅烧，得煅烧熟灰；b、向煅烧熟灰加入盐酸，加热搅拌，冷却过滤，收集滤液和滤渣；c、向滤液中加入萃取剂，提取Al(OH)₃；d、将滤渣反复清洗至中性，烘干，煅烧得SiO₂；e、称取TPABr溶于去离子水中，然后加入NaOH，溶解后再加入上述制得的Al(OH)₃和SiO₂，搅拌后加入CTAB，水浴条件下持续搅拌得凝胶状物质，晶化后冷却，过滤、水洗、烘干、煅烧后得Na‑ZSM‑5分子筛。本发明合成的多级孔ZSM‑5分子筛，在分子筛内部同时引入多种孔径的孔道，加快了传质速率，提升了实际使用性能。

技术领域

本发明涉及粉煤灰综合利用技术领域，具体涉及一种利用粉煤灰制备多级孔ZSM-5分子筛的方法。

背景技术

粉煤灰是煤燃烧产生的固体残渣，它的矿物组成非常复杂，它的主要矿物相包括莫来石，石英，伊利石和菱铁矿。每年全世界约有5亿吨粉煤灰，粉煤灰的不当处置会导致严重的影响，包括土壤的退化，对人类健康的危害以及对环境的污染。粉煤灰颗粒由于其体积小，很容易悬浮在空气中，已成为气体污染的主要来源。如果持续暴露于粉煤灰下，会引起人体器官的刺激，如眼睛，皮肤，鼻子，喉咙和呼吸道，甚至可能导致砷中毒。被倾倒的粉煤灰可以到达地下土壤，并最终导致淤积，堵塞自然排水系统，并有可能导致对地下水的重金属污染，粉煤灰还可以释放许多环境敏感元素。目前，只有少部分的粉煤灰在建筑行业，土壤改良等方面得到利用，并且还存在利用附加值较低的的问题。粉煤灰的主要成分硅铝酸盐，SiO₂含量约为20% ~60%、A1₂O₃含量约为10% ~35%，分子筛是结晶态的硅酸盐或者硅铝酸盐，粉煤灰的化学组成与分子筛相近，利用粉煤灰制备分子筛在技术上是可行的。

近年来，相关学者利用粉煤灰制备分子筛展开了大量的研究，工艺参数有较大差异，所获得的产品的产率和性能也各有不同。由于粉煤灰中含有较多杂质，并且在粉煤灰中存有在温和条件下难以利用的矿物相，如莫来石，使做合成的分子筛的结晶度和产率较低，且无法定向合成我们所需要的分子筛。同时，合成的分子筛多为微孔结构（内径2nm），在很大程度上限制了目标污染物在其孔道内的扩散速度，因而降低了分子筛的使用效率。

发明内容

本发明的目的在于克服目前用粉煤灰合成分子筛所出现的杂质较多，产率和结晶度较低，以及限制扩散速度的问题，提供一种利用粉煤灰制备多级孔ZSM-5分子筛的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种利用粉煤灰制备多级孔ZSM-5分子筛的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将粉煤灰煅烧，冷却后进行水洗、过滤、烘干，然后加入碳酸钠混合研磨成细粉，将细粉煅烧，冷却后得煅烧熟灰；

（2）将步骤（1）制得的煅烧熟灰研磨成细粉后加入盐酸，加热搅拌，冷却过滤，收集滤液和滤渣；

（3）向步骤（2）收集的滤液中加入萃取剂，充分混合后，静置，分层，得到上层油相和下层水相，取出下层水相，加入碱液调节水相pH为 5~6，得Al(OH)₃沉淀，离心，烘干备用；

（4）将步骤（2）收集的滤渣反复清洗至中性，烘干，煅烧，冷却后得SiO₂备用；

（5）称取微孔模板剂四丙基溴化铵（TPABr）溶于去离子水中，然后加入NaOH，溶解后再加入步骤（3）制得的Al(OH)₃和步骤（4）制得的SiO₂，搅拌后加入介孔模板剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），水浴条件下持续搅拌得凝胶状物质，将得到的凝胶状物质进行晶化，晶化后冷却，过滤、水洗、烘干、煅烧后得Na-ZSM-5分子筛。