本发明专利技术公开了一种利用工程类弃土合成CAN型沸石的工艺方法，所述沸石晶体类型为CAN型，所述的合成方法为按照一定物料配比将弃土、外加硅源或铝源、无机碱和水混合均匀后得到混合液，然后陈化、晶化处理，最后经洗涤和干燥后得到颗粒状的CAN型沸石产品。本发明专利技术提供的CAN型沸石晶型良好，制备流程简单易行、绿色环保，制备过程中不使用任何模板和添加剂。
A method to synthesize can zeolite by using engineering waste soil hydrothermal method
【技术实现步骤摘要】
一种利用工程类弃土水热合成CAN型沸石的方法
本专利技术涉及固废处理及多孔生态环境材料合成领域，具体地说是一种利用工程类弃土合成CAN型沸石的低能耗工艺。技术背景随着我国城市化建设步伐的加快，基建工程的大规模兴起，源自房地产建设、地下管廊铺设及地铁施工等项目的工程类弃土产生量急剧增加。目前我国每年产生的弃土量在十几亿立方米以上。但是，当前阶段对于弃土的处置难度较大，处理手段也较为单一。虽然各级政府积极兴建弃土消纳场，并通过陆运、海运等方式处理弃土，但上述方式的人力成本、运输成本和占地成本较高，不利于建设任务集中，土地价格昂贵的大中型城市大规模处置弃土。随着弃土堆积量越来越大，再加之弃土土质松散、堆积面陡、土壤浸蚀严重，导致了严重的城市水土流失及弃土堆存管理问题。因此，当前弃土的处置问题，成为了阻碍城市发展的重大环境和经济问题。沸石凭借其优异的离子交换性质和吸附能力，以及其无毒、无污染、酸碱稳定性好等特点，被广泛应用于水质软化、化工催化、吸附分离、有害气体捕集、水体和土壤中有毒重金属离子固化等领域。专利号为CN106892436A的中国专利，提出了一种使用酸活化的坡缕石矿物材料为硅源，化工原料硝酸铝为铝源，合成CAN型沸石的方法。但其方法存在物料成本高、酸化处理可能造成污染等问题。
技术实现思路
针对我国工程类弃土产生量巨大，且无法进行有效处置的事实，以及现有CAN型沸石合成方法与工艺手段有限等不足，本专利技术提供了一种利用工程类弃土绿色合成的CAN型沸石的方法。本专利技术的技术特征为：在不引入沸石晶种、模板剂、其他硅源、铝源的前提下，不使用高温煅烧工艺，仅加入碱金属氢氧化物，通过常温碱法活化和水热处理，将弃土中的硅铝成分直接转化为骨架结构为CAN型的沸石。该工艺简单易行、合成速度快、效率高。本专利技术提供的CAN型骨架沸石粒径均一。本专利技术所述的工程弃土一般来自建筑物地基掘土、隧道掘土、建筑物拆除废土及基建施工产生的废土。成分一般为硅铝钙等混合矿物，土粒含水率(2～20％)跨度较大。弃土的力学和矿物材料属性较差，一般包括细粒土或沙土或碎石或三者的混合土。这种工程弃土很难达到常规土壤的压实，粒径、纯度等要求，无法有效进行路基压实、烧砖等用途使用。本专利技术提供一种CAN型沸石的合成方法，包括以下步骤：(1)对工程弃土进行破碎、研磨、脱水、筛分操作，所述脱水后的弃土物料的含水率≤5％；粒度≤0.60mm。(2)按照一定的物料配比将无机碱、含有铝源和硅源的弃土、外加硅源、铝源及水均匀搅拌得到硅铝凝胶；(3)将步骤(2)得到的硅铝凝胶陈化一定时间，然后对凝胶进行晶化处理，经洗涤和干燥后得到CAN型沸石。本专利技术CAN型沸石的合成方法中，步骤(2)中所述的无机碱可以是NaOH、KOH、LiOH中的一种或多种；部分或全部硅源、铝源来自工程类弃土；由于不同工程土的硅铝含量不同，在本合成方法中，也可以向弃土中添加硅源或铝源，调节所得凝胶的硅铝配比，硅源可以是廉价的石英、沙子、白碳黑、硅胶、硅溶胶或水玻璃中的一种或多种。铝源可以是氧化铝、氢氧化铝、偏铝酸钠、铝粉中的一种或多种。本专利技术CAN型沸石的合成方法中，步骤(2)中所述的硅铝凝胶中无机碱、硅铝成分和水的物料摩尔配比为1～20NaOH:0.2～20SiO2:A12O3:10～200H2O，优选为2～10NaOH:0.4～10SiO2:A12O3:20～150H2O。本专利技术CAN型沸石的合成方法中，步骤(2)中所述的硅铝凝胶中Si和Al的摩尔配比为Si:Al＝0.5～10，优选为0.6～5。无机碱加入量的摩尔配比为NaOH/(Si+Al)＝1.0～3.5，优选为1.5～2.5。液固比L/S为1～10，优选为2～6。本专利技术CAN型沸石的合成方法中，步骤(2)中所述的搅拌时间为3～36h，优选时间为6～24h。本专利技术CAN型沸石的合成方法中，步骤(3)中所述的陈化时间为0～24h，优选时间为0～16h；陈化温度为20～70℃，优选温度为25～60℃；所述晶化温度为140～260℃，优选为180～220℃，晶化时间为1～48h，优选晶化时间为6～36h。本专利技术CAN型沸石的合成方法中，步骤(3)中所述的洗涤过程通常包括多次分离和洗涤操作。一般使用稀盐酸(pH＝2)洗涤2次，去离子水洗涤产品4次至pH为中性。最后根据需要，可以对产品浊液进行超声清洗处理。CAN型沸石的干燥条件一般是在60～140℃条件下，干燥6～18h。在污染水体的治理方面，本专利技术提供的CAN型沸石可作为阴离子吸附剂或净化剂使用，可吸附碳酸根、磷酸根、铼酸根、硒酸根、硫酸根、放射性阴离子等。同时，该CAN型沸石产品还可用作为化工催化剂、土壤修复材料、色谱柱填料等。与现有技术相比较，本专利技术提供的CAN型沸石及其合成方法具有以下优点：本专利技术所提供CAN型沸石的合成原料为废弃的工程类弃土和无机碱，物料成本低廉。该合成方法采用的是低温水热反应，该合成方法工序简易、操作方便、反应条件温和，非常适合于规模化工业生产。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的CAN型沸石合成过程，充分利用了工程类弃土中的硅、铝成分。基于此工艺，成功地将工程弃土这一保有量大的固体废弃物成功转化为有高的经济价值的多孔材料CAN型沸石，具有一定的经济价值，为解决我国的弃土积存和再利用问题，提供了一条资源化利用的新途径。附图说明图1为CAN型沸石的骨架结构图。图2为实施例1合成的CAN型沸石的XRD谱图。图3为实施例1合成的CAN型沸石的SEM谱图。图4为实施例2合成的CAN型沸石的XRD谱图。图5为实施例3合成的CAN型沸石的XRD谱图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例，对本专利技术CAN型沸石的合成方法予以详细的描述，但具体合成并不局限于实施例。工程弃土原料，经破碎、研磨、干燥、筛分处理得到粉体原料，化学成分如下(％)：表1弃土粉体的化学成分分析结果(WB％)成分Al2O3SiO2Fe2O3K2OTiO2CaOother含量[wt％]39.638.710.04.72.92.5<2XRD分析结构表明，该弃土粉末的主要物相组成为：石英、地开石、水钙沸石。实施例1取10.0g工程弃土粉末、11.0g氢氧化钠置于20mL蒸馏水中，搅拌12h。静置12h后，将物料装入密闭反应釜中，在180℃下晶化12h。将所得到的产物使用稀盐酸(pH＝2)洗涤2次，再用去离子水洗涤4次至中性。在70℃下干燥所得产品15h，其XRD谱图如图1所示，其SEM谱图如图2所示，显示CAN型沸石本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种使用工程弃土合成CAN型沸石的方法，所述CAN型沸石具有如下特征：其晶体形貌一般为颗粒状，颗粒的长度大约为100～1200nm，宽度为100～200nm。所述合成方法包括如下内容：/n(1)对工程弃土进行破碎、研磨、脱水、筛分操作，所述脱水后的弃土物料的含水率≤5％；粒度≤0.60mm；/n(2)按照一定的物料配比将无机碱、含有铝源和硅源的弃土、外加硅源、铝源及水均匀搅拌得到硅铝凝胶；/n(3)将步骤(2)得到的硅铝凝胶陈化一定时间，然后对凝胶进行晶化处理，经洗涤和干燥后得到CAN型沸石。/n
【技术特征摘要】
1.一种使用工程弃土合成CAN型沸石的方法，所述CAN型沸石具有如下特征：其晶体形貌一般为颗粒状，颗粒的长度大约为100～1200nm，宽度为100～200nm。所述合成方法包括如下内容：
(1)对工程弃土进行破碎、研磨、脱水、筛分操作，所述脱水后的弃土物料的含水率≤5％；粒度≤0.60mm；
(2)按照一定的物料配比将无机碱、含有铝源和硅源的弃土、外加硅源、铝源及水均匀搅拌得到硅铝凝胶；
(3)将步骤(2)得到的硅铝凝胶陈化一定时间，然后对凝胶进行晶化处理，经洗涤和干燥后得到CAN型沸石。
2.按照权利要求1所述的合成方法，步骤(2)中所述的无机碱可以是NaOH、KOH、LiOH中的一种或多种；部分或全部铝源和硅源来自工程类弃土；可根据工程弃土的硅铝含量差异，额外添加硅源或铝源；外加硅源可以是石英、沙子、白碳黑、硅胶、硅溶胶或水玻璃中的一种或多种；外加铝源可以是铝粉、氧化铝、偏铝酸钠、氢氧化铝、硫酸铝或异丙醇铝中的一种或多种。
3.按照权利要求1所述的合成方法，步骤(2)中所述的硅铝凝胶中无机碱、硅铝成分和水的物料摩尔配比为1～20NaOH:0.2～20SiO2:A12O3:10～200H2O。
4.按照权利要求3所述的合成方法，步骤(2)中所述的硅铝凝胶中无机碱、硅铝成分和水的优选物料摩尔配比为2～10NaOH:0.4～10SiO2:A12O3:20～150H2O。
5.按照权利要求1所述的合成方法，步骤(2)中所述的硅铝凝胶中...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪，杨大仲，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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