一种粉煤灰微波碱熔‑水热合成八面沸石的方法技术

本发明专利技术公开了一种粉煤灰微波碱熔‑水热合成八面沸石的方法，以固体废弃物粉煤灰为原料，氢氧化钠为活化剂，采用微波碱熔‑水热合成八面沸石，包括以下步骤：1）将粉煤灰研磨至‑75μm，用盐酸去除粉煤灰中的铁杂质；2）将除铁粉煤灰与氢氧化钠混匀后在微波箱式高温反应器中焙烧，待碱熔产品冷却后研细；3）将碱熔粉煤灰与去离子水混合搅拌一定时间后，加热至90‑100℃静置晶化12‑16h；4）将反应产物过滤、洗涤至中性、干燥得到八面沸石产品。本发明专利技术改变传统的焙烧方式，采用微波碱熔粉煤灰，具有焙烧温度低、焙烧和晶化时间短、能耗低，清洁环保、粉煤灰转化率高和成本低等优点，为粉煤灰制备沸石工业化生产提供了可能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固体废弃物资源化利用
，具体地说是涉及一种粉煤灰微波碱熔-水热合成八面沸石的方法。
技术介绍
粉煤灰是火力发电厂中粉煤燃烧过程中产生的固体废弃物。随着我国工业化和城市化的快速推进，粉煤灰的排放量逐年增加，至2015年，我国粉煤灰的总排放量达到58亿t，而我国粉煤灰的实际利用率仅为30%，因此大量的粉煤灰堆存而未得到有效利用。粉煤灰的堆存会占用大量的土地资源，威胁公众健康和污染环境。沸石是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，由于其结构中均匀分布的孔道和空腔而具有较大的比表面积，是一种具有均匀孔隙结构的吸附材料或薄膜类物质。以粉煤灰为原料合成沸石，既能解决粉煤灰的环境污染问题，又可获得具有较高附加值的沸石产品，具有很好的经济和环境效益。研究发现粉煤灰的主要成分与沸石的主要成分相近，因此可以用作合成沸石的原料。由于粉煤灰中主要的结晶相为石英和莫来石，其能够为合成沸石提供Si和Al。传统的粉煤灰合成沸石的方法包括水热合成法、碱熔融法以及微波辅助法等。水热合成法的合成温度低（约90-100℃），但存在合成时间长（超过48h），且Si和Al转化率不高和生成的沸石伴有副产物等缺点。碱熔融法能缩短合成时间，提高粉煤灰的转化率，但由于采用传统的加热方式，存在焙烧温度高（超过800℃）、焙烧时间长（一般为2h）和能耗高等缺点。微波辅助法尽管能缩短晶化时间，但存在粉煤灰未经焙烧活化而导致硅铝转化率不高等缺点。微波焙烧作为一种绿色高效的加热方法，其加热原理是材料在微波电磁场中由介质损耗（偶极子转动）而引起的体加热，与常规的加热方法相比，微波焙烧技术具有选择性加热物料、升温速率快、反应时间短、可降低化学反应温度、加热效率高和环保等优点。与传统的碱熔融法,采用微波碱熔粉煤灰可以提高晶化反应速率和粉煤灰转化率，缩短晶化时间，降低了生产成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种碱熔温度低、时间短、粉煤灰转化率高以及能耗低的粉煤灰微波碱熔-水热合成八面沸石的方法，为粉煤灰制备沸石工业化生产提供了可能。本专利技术的技术方案是：一种粉煤灰微波碱熔-水热合成八面沸石的方法，包括如下步骤：1）将粉煤灰研磨至-75μm，盐酸与粉煤灰进行混合，搅拌后过滤、洗涤至中性；2）将盐酸处理后的粉煤灰与氢氧化钠混匀后放置于碳化硅坩埚中，并将坩埚置于微波箱式高温反应器中，在温度为350-550℃的条件下微波碱熔15-60min，碱熔产品冷却后研磨；3）将碱熔产品与去离子水混合搅拌后，加热至90-100℃静置晶化12-16h；4）将反应产物过滤、洗涤至中性、干燥得到八面沸石产品。步骤1）中所述的盐酸与粉煤灰的液固比为5-10:1，盐酸质量浓度为15%。所述步骤1）中恒温搅拌的温度为80-90℃，搅拌时间为1-3h，转数为200r/min。步骤2）中所述的粉煤灰与氢氧化钠用量质量比为1:1.2。所述步骤3）碱熔粉煤灰与去离子水混合并在室温下磁力搅拌4-6h，悬浮液中氢氧化钠浓度为1.5-2.1mol/L，转数为400r/min。本专利技术的有益效果：和现有合成方法相比，本专利技术具备以下优点：1.微波碱熔粉煤灰温度低、焙烧和晶化时间短、能耗低，清洁环保。2.微波焙烧提高粉煤灰的转化率。3.该方法生产工艺简单，在优化合成条件后获得了八面沸石，比表面积为90.07m2/g。八面沸石具有更大的孔道和更空旷的孔穴结构，阳离子在其中的扩散速度与交换速率比在4A沸石中快。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图；图2粉煤灰和酸洗后粉煤灰XRD图谱；图3合成八面沸石XRD图谱；图4合成八面沸石SEM图片。具体实施方式使用XRD和XRF分析粉煤灰物质组成和元素含量，粉煤灰中主要结晶相为石英、莫来石和赤铁矿，其中SiO2和Al2O3的含量为60%。下面结合实施例作进一步详细说明，具体步骤如下：实施例1：将粉煤灰研磨至-75μm。本实验所使用的粉煤灰中三氧化二铁含量较高，为了消除铁杂质对合成沸石的影响，对粉煤灰进行酸洗除杂。用15%的盐酸与粉煤灰按液固比为10:1进行混合，在80℃下，以200r/m恒温搅拌1h后过滤、去离子水洗涤至中性，干燥。称取5g盐酸处理后的粉煤灰和6g氢氧化钠按质量比为1:1.2混匀后转入碳化硅坩埚中，并将坩埚置于微波箱式高温反应器中，在温度为450℃的条件下微波碱熔15min，待碱熔产品冷却后研细。向碱熔粉煤灰中加入70mL去离子水，即使氢氧化钠浓度为2.1mol/L，在室温下，以转数为400r/m磁力搅拌4h。将碱熔粉煤灰悬浮液加热至90℃下静置晶化16h。将反应产物冷却至室温，过滤，去离子水洗涤至中性，在105℃下干燥5h得到沸石产品。经XRD（图3）分析和SEM（图4）分析，该产品为八面沸石，比表面积为90.07m2/g,Ca2+交换量为132.95mg/g。实施例2：将粉煤灰研磨至-75μm。用15%的盐酸与粉煤灰按液固比为5:1进行混合，在90℃下，以200r/m恒温搅拌2h后过滤、去离子水洗涤至中性，干燥。称取5g盐酸处理后的粉煤灰和6g氢氧化钠按质量比为1:1.2混匀后转入碳化硅坩埚中，并将坩埚置于微波箱式高温反应器中，在温度为550℃的条件下微波碱熔60min，待碱熔产品冷却后研细。向碱熔粉煤灰中加入80mL去离子水，即使氢氧化钠浓度为1.9mol/L，在室温下，以转数为400r/m磁力搅拌5h。将碱熔粉煤灰悬浮液加热在95℃下静置晶化14h。将反应产物冷却至室温，过滤，去离子水洗涤至中性，在105℃下干燥5h得到沸石产品。经XRD分析，该产品为八面沸石，比表面积为75.12m2/g,Ca2+交换量为83.58mg/g。实施例3：将粉煤灰研磨至-75μm。用15%的盐酸与粉煤灰按照以液固比为5:1进行混合，在85℃下，以200r/m恒温搅拌2h后过滤、去离子水洗涤至中性，干燥。称取5g盐酸处理后的粉煤灰和6g氢氧化钠按质量比为1:1.2混匀后转入碳化硅坩埚中，并将坩埚置于微波箱式高温反应器中，在温度为350℃的条件下微波碱熔60min，待碱熔产品冷却后研细。向碱熔粉煤灰中加入90mL去离子水，即使氢氧化钠浓度为1.7mol/L，在室温下，以转数为400r/m磁力搅拌4h。将碱熔粉煤灰悬浮液加热在90℃下静置晶化12h。将反应产物冷却至室温，过滤，去离子水洗涤至中性，在105℃下干燥5h得到沸石产品。经XRD分析，该产品为八面沸石，比表面积为75.53m2/g,Ca2+交换量为89.11mg/g。实施例4：将粉煤灰研磨至-75μm。用15%的盐酸与粉煤灰按照以液固比为8:1进行混合，在85℃下，以200r/m恒温搅拌3h后过滤、去离子水洗涤至中性，干燥。称取5g盐酸处理后的粉煤灰和6g氢氧化钠按质量比为1:1.2混匀后转入碳化硅坩埚中，并将坩埚置于微波箱式高温反应器中，在温度为450℃的条件下微波碱熔30min，待碱熔产品冷却后研细。向碱熔粉煤灰中加入100mL去离子水，即使氢氧化钠浓度为1.5mol/L，在室温下，以转数为400r/m磁力搅拌5h。将碱熔粉煤灰悬浮液加热在100℃下静置晶化12h。将反应产物冷却至室温，过滤，去离子水洗涤至中性，在105℃下干燥5h得到沸石产品。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉煤灰微波碱熔‑水热合成八面沸石的方法，其特征在于：包括如下步骤：1）将粉煤灰研磨至‑75μm，盐酸与粉煤灰进行混合，搅拌后过滤、洗涤至中性；2）将盐酸处理后的粉煤灰与氢氧化钠混匀后放置于碳化硅坩埚中，并将坩埚置于微波箱式高温反应器中，在温度为350‑550℃的条件下微波碱熔15‑60 min，碱熔产品冷却后研磨；3）将碱熔产品与去离子水混合搅拌后，加热至90‑100℃静置晶化12‑16h；4）将反应产物过滤、洗涤至中性、干燥得到八面沸石产品。

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰微波碱熔-水热合成八面沸石的方法，其特征在于：包括如下步骤：1）将粉煤灰研磨至-75μm，盐酸与粉煤灰进行混合，搅拌后过滤、洗涤至中性；2）将盐酸处理后的粉煤灰与氢氧化钠混匀后放置于碳化硅坩埚中，并将坩埚置于微波箱式高温反应器中，在温度为350-550℃的条件下微波碱熔15-60min，碱熔产品冷却后研磨；3）将碱熔产品与去离子水混合搅拌后，加热至90-100℃静置晶化12-16h；4）将反应产物过滤、洗涤至中性、干燥得到八面沸石产品。2.根据权利要求1所述的一种粉煤灰微波碱熔-水热合成八面沸石的方法，其特征在于：步骤1）中所述的盐酸与粉煤灰的液...

【专利技术属性】
技术研发人员：李显波，张覃，刘志红，卯松，李龙江，邱跃琴，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52