[发明专利]一种生物质灰定向调控制备沸石的方法及其应用

说明书

本发明属于固体废弃物资源利用领域，公开了一种生物质灰定向调控制备沸石的方法及其应用，该方法包括以下步骤：(1)采用生物质灰为原料，根据目标沸石的类型，判断是否需要添加Al源，得到目标固体原料；(2)利用碱溶液，将目标固体原料与碱溶液按10g～25g:100ml的固液比共同放置于球磨罐中混合，同时加入至少两种直径规格的同材质磨球，这些磨球的直径均在5mm～10mm范围内；(3)将球磨罐放置于行星球磨机中执行研磨处理，在研磨过程中，反应体系中共存Si⁴⁺、Al³⁺和碱溶液中的金属阳离子会发生结合，形成沸石。本发明通过对反应参与物的调配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定向沸石产品。

技术领域

本发明属于固体废弃物资源利用领域，更具体地，涉及一种生物质灰定向调控制备沸石的方法及其应用。

背景技术

目前，国内外对农林生物质电厂灰渣的资源化利用研究很多，主要集中在土壤改良与修复、污染物吸附、基础设施建设和复合材料制备等，但是，要想规模化工业生产，实现生物质灰的完全资源化利用，还存在一些问题。农林生物质来源多样、种类多样，季节变化性打，而且生物质直燃电厂的燃烧工艺和条件也存在差异，这造成了燃烧后形成的生物质灰渣成分存在差异，粒径大小不一，因此目前单一的资源化利用方式难以适用于所有灰渣类型。

另一方面，早在1985年Holler就对利用粉煤灰中的Al和Si合成了沸石，但是前人对生物质灰转化成沸石的研究较少，粉煤灰中本身含有Si和Al，且两者质量占比较高，自然而然可想到利用粉煤灰合成沸石；但生物质灰中主要成分为Si及K、Na等，与沸石组成成分相差较大。前人研究表明，当SiO₂/Al₂O₃＝2时，形成Na-A型沸石；当2.2＝SiO₂/Al₂O₃＝3的时候，会形成Na-X沸石；当SiO₂/Al₂O₃3的时候，会形成Na-Y沸石，通常SiO₂/Al₂O₃摩尔比大于6的Y型沸石需要额外加导向剂才能合成。在制备沸石的方法中，传统水热过程中Al³⁺和Si⁴⁺的反应活性较低。碱熔-水热两步法增加了沸石合成的成本(碱熔温度500-600℃)。不同于传统方法，熔盐方法可以在不加入水的情况下合成沸石。多步法和熔盐法成本较高，步骤繁琐，因此限制了其应用。微波加热方法同样有利于物质快速、均匀地加热，有利于灰中Si和Al的溶解，超声预处理合成沸石的方法和微波加热预处理合成沸石方法效果类似，但是该两种方法合成沸石只适用于实验室规模，这大大限制了该方法的工业应用。而机械研磨可以通过行星球磨机等研磨设备，实现工业化应用。

综上所述，生物质灰中含有大量的Si元素，如果能够将它应用于沸石合成，将能够进一步实现生物质灰的资源化利用。并且，关于沸石合成，前人研究所用的合成方法都有其严重的缺点，限制了它们的发展和应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种生物质灰定向调控制备沸石的方法及其应用，以生物质灰为原料，其中通过对反应参与物的调配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定向沸石产品。利用本发明方法，以NaOH作为碱液为例，利用球磨工艺中能够在反应物表面产生局部高温，显著加快灰中的Si⁴⁺和Al³⁺与溶液中的Na⁺离子结合，从而进一步促进沸石产物的形成。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种生物质灰定向调控制备沸石的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用生物质灰为原料，根据目标沸石的类型，并根据生物质灰原料中Si元素和Al元素的相对含量，判断是否需要添加Al源构建目标固体原料；