SBA-15介孔分子筛及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及粉煤灰的利用领域，公开了粉煤灰制备SBA‑15介孔分子筛的方法及SBA‑15介孔分子筛和应用。粉煤灰制备SBA‑15介孔分子筛的方法包括：(1)将粉煤灰、碱和水混合进行碱溶反应，并将得到的产物进行过滤得到滤液；(2)将所述滤液进行pH调节为酸性，并与聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物进行混合配制得到合成母液；(3)将所述合成母液放入高压釜内，在加热、加压条件下进行水热晶化反应，得到SBA‑15介孔分子筛。可以实现粉煤灰制备得到SBA‑15介孔分子筛，利用粉煤灰并得到高附加值材料。得到的SBA‑15介孔分子筛在组成上还含有Al，并具有介孔、微孔双孔结构。

SBA-15 mesoporous molecular sieves and their preparation methods and Applications

The invention relates to the field of utilization of fly ash, and discloses a method for preparing SBA_ 15 mesoporous molecular sieve from fly ash, and the application of SBA_ 15 mesoporous molecular sieve. The preparation methods of SBA_15 mesoporous molecular sieves from fly ash include: (1) alkali-soluble reaction of fly ash, alkali and water, and filtration of the obtained products to obtain filtrate; (2) pH adjustment of the filtrate to acidity, and blending with polyethylene oxide, polypropylene oxide and polyethylene oxide triblock copolymers to prepare the filtrate. (3) SBA_ 15 mesoporous molecular sieves were obtained by hydrothermal crystallization reaction of the synthetic mother liquor in a high-pressure autoclave under heating and pressure conditions. SBA_15 mesoporous molecular sieves can be prepared from fly ash, and high value-added materials can be obtained from fly ash. The obtained SBA_15 mesoporous molecular sieves also contain Al in composition and have mesoporous and microporous dual-porous structure.

【技术实现步骤摘要】
SBA-15介孔分子筛及其制备方法和应用
本专利技术涉及粉煤灰的利用领域，具体涉及粉煤灰制备SBA-15介孔分子筛的方法及SBA-15介孔分子筛和应用。
技术介绍
煤炭作为化石燃料，在国民经济发展中发挥着举足轻重的作用。但是煤炭燃烧排放出的大量粉煤灰废物也逐年提高，任意堆放，不仅会占用大量的土地资源，而且还会造成地下水的重金属污染，严重破坏生态平衡、污染环境。目前处理粉煤灰的主要方法有制砖，作为造桥、铺路、墙体材料等工业填充物，具有操作过程简单、技术要求水平低和容易就地消化等优点，但是附加值较低。介孔分子筛是一种新兴的分子筛材料，但是常规的介孔分子筛制备以硅酸钠或正硅酸乙酯为硅源，较贵且有毒，不适合大规模工业生产。CN103818920A公开了一种制备Si-Al有序介孔分子筛的方法，其中，包括：以火电厂废弃的粉煤灰为原料萃取得到含有硅和铝的溶液，以CTAB为模板剂，加入乙醇和水在室温下快速合成预产品置于马弗炉中煅烧除去模板剂，冷却后得到产品；其中，所述CTAB、水、乙醇和溶液中硅铝总量的摩尔比为(0.4-0.6)：(300-500)：(50-60)：1。进一步公开：萃取硅铝源为将粉煤灰和NaOH混合后进行550-600℃煅烧1-2h，冷却后研磨并与水混合再分离出上清液作为硅铝源溶液；然后将CTAB、水、乙醇加入硅铝源溶液得到混合溶液，采用酸调节混合溶液的pH为9-10，搅拌得到白色固体。该方法处理粉煤灰的方法为碱熔法，需要高温煅烧，耗能大，工艺不绿色；并且用酸调节的方法得到介孔分子筛，而非水热晶化的方法。CN103861556A公开了一种粉煤灰基SBA-15的制备方法，包括：(1)将粉煤灰和碱混合后熔融、冷却得到混合料；(2)将混合料加水溶解并过滤得到上清液；(3)将表面活性剂P123溶解于水中，调节pH为酸性，然后老化，并过滤、洗涤、干燥；(4)将步骤(3)干燥后的材料焙烧，得到粉末状材料粉煤灰基SBA-15。公开了得到的介孔材料的孔容为0.6-0.9cm3/g，比表面积为370-810m3/g，孔径为5-8nm；没有公开介孔材料的组成是否还有铝，材料是否具有微孔结构。其中粉煤灰采取碱熔法处理，需要高温煅烧能耗大，合成介孔分子筛不用水热等苛刻条件。现有技术采用碱熔反应能耗大，且与酸调合成相结合，不采用水热晶化反应将粉煤灰制备为介孔材料。但是在吸附和催化领域，材料能够具有微孔、介孔复合的孔结构可以有更好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决粉煤灰如何制备出含铝且具备双孔结构的介孔分子筛的问题，提供了粉煤灰制备SBA-15介孔分子筛的方法及SBA-15介孔分子筛和应用。该SBA-15介孔分子筛的组成中含有氧化铝并且结构上具有微孔、介孔双孔结构。该介孔分子筛可以利用粉煤灰现生产具有更好组成和结构的高附加值的介孔分子筛，提高粉煤灰的利用价值。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面，提供一种粉煤灰制备SBA-15介孔分子筛的方法，该方法包括：(1)将粉煤灰、碱和水混合进行碱溶反应，并将得到的产物进行过滤得到滤液；(2)将所述滤液进行pH调节为酸性，并与聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物进行混合配制得到合成母液；(3)将所述合成母液放入高压釜内，在加热、加压条件下进行水热晶化反应，得到SBA-15介孔分子筛。优选地，所述粉煤灰、碱和水的质量比为100：(64～90)：(100～200)。优选地，碱溶反应温度为80～100℃，碱溶反应时间为4～6h。优选地，所述滤液中，含有45～55g/L的SiO2，6～10g/L的Al2O3。优选地，所述pH调节使所述滤液的pH＝3～5。优选地，水热晶化反应温度为100～120℃，水热晶化反应压力为2～6MPa，水热晶化时间为48～72h。本专利技术的第二方面，提供本专利技术的方法制备的SBA-15介孔分子筛，其中，以该介孔分子筛的总重为基准，该介孔分子筛含有10～20重量％的Al2O3，80～90重量％的SiO2。优选地，所述介孔分子筛含有微孔，微孔体积占所述介孔分子筛的总孔体积的10～20体积％。优选地，所述介孔分子筛的介孔孔容为0.7～0.9cm3/g，所述介孔分子筛的微孔孔容为0.2～0.4cm3/g。优选地，所述介孔分子筛的比表面积为740～900m2/g；所述介孔分子筛的孔径为6～10nm，所述介孔分子筛的平均颗粒尺寸为12～21nm。本专利技术第三方面，提供本专利技术的SBA-15介孔分子筛在催化反应和吸附中的应用。通过上述技术方案，本专利技术采用粉煤灰为原料，以碱溶反应和水热晶化反应相结合，可以实现粉煤灰制备得到SBA-15介孔分子筛，从而利用粉煤灰得到高附加值材料。同时相比于常规的SBA-15介孔分子筛为全硅组成，本专利技术得到的SBA-15介孔分子筛在组成上还含有Al，并具有微孔、介孔双孔结构，具有很好的应用前景。附图说明图1为本专利技术的粉煤灰制备SBA-15介孔分子筛的流程示意图；图2为本专利技术提供的SBA-15介孔分子筛的小角XRD谱图；图3为本专利技术提供的SBA-15介孔分子筛的氮气吸附-脱附等温线图；图4为本专利技术提供的SBA-15介孔分子筛的孔径分布图；图5为本专利技术提供的SBA-15介孔分子筛的TEM图。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术第一方面，提供了粉煤灰制备SBA-15介孔分子筛的方法，如图1所示，该方法包括：(1)将粉煤灰、碱和水混合进行碱溶反应，并将得到的产物进行过滤得到滤液；(2)将所述滤液进行pH调节为酸性，并与聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物进行配制得到合成母液；(3)将所述合成母液放入高压釜内，在加热、加压条件下进行水热晶化反应，得到SBA-15介孔分子筛。本专利技术中，以粉煤灰为原料。所述粉煤灰可以是来自燃煤电厂的燃煤剩余物，一般组成可以包括：35～55重量％的Al2O3、30～50重量％的SiO2、0～0.5重量％的SO3、0～0.3重量％的K2O、0～0.5重量％的CaO、0～6重量％的TiO2、0～1重量％的的Fe2O3、0～1重量％的MgO及0～5重量％的其他物质。根据本专利技术，步骤(1)通过加碱的碱溶反应可以活化粉煤灰中的硅、铝元素，处理粉煤灰得到适合合成SBA-15介孔分子筛的滤液。所述粉煤灰、碱和水的各自用量只要能满足所述碱溶反应的需要即可，优选地，在步骤(1)中，所述粉煤灰、碱和水的质量比为100：(64～90)：(100～200)；优选所述粉煤灰、碱和水的质量比为100：(64～90)：200。根据本专利技术，步骤(1)中优选地，所述碱为强碱，优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾；根据本专利技术，步骤(1)中碱溶反应的条件满足得到适合合成SBA-15介孔分子筛的滤液即可。优选地，碱溶反应温度为80～100℃，碱溶反应时间为4～6h。根据本专利技术，步骤(1)中优选地，所述滤液中，含有45～55g/L的SiO2，6～10g/L的Al2O3。根据本专利技术，步骤(2)用于进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉煤灰制备SBA‑15介孔分子筛的方法，该方法包括：(1)将粉煤灰、碱和水混合进行碱溶反应，并将得到的产物进行过滤得到滤液；(2)将所述滤液进行pH调节为酸性，并与聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物进行混合配制得到合成母液；(3)将所述合成母液放入高压釜内，在加热、加压条件下进行水热晶化反应，得到SBA‑15介孔分子筛。

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰制备SBA-15介孔分子筛的方法，该方法包括：(1)将粉煤灰、碱和水混合进行碱溶反应，并将得到的产物进行过滤得到滤液；(2)将所述滤液进行pH调节为酸性，并与聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物进行混合配制得到合成母液；(3)将所述合成母液放入高压釜内，在加热、加压条件下进行水热晶化反应，得到SBA-15介孔分子筛。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述粉煤灰、碱和水的质量比为100：(64～90)：(100～200)；优选地，所述碱为强碱，优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾；优选地，碱溶反应温度为80～100℃，碱溶反应时间为4～6h；优选地，所述滤液中，含有45～55g/L的SiO2，6～10g/L的Al2O3。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述pH调节使所述滤液的pH＝3～5；优选地，相对于所述滤液中的100重量份SiO2，聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物的加入量为95～120重量份。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述混合配制的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：李歌，孙琦，王宝冬，徐文强，刘汇东，刘晓婷，张中华，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11