一种分子筛离子交换方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种分子筛离子交换方法，包括将含有离子的水溶液在双极膜电渗析器中进行双极膜电渗析，得到酸液，双极膜电渗析器包括正极、负极以及位于正极和负极之间的双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜，阳离子交换膜和阴离子交换膜两两成对将双极膜两两隔开；使含有模板剂的分子筛与酸液接触，进行离子交换，得到经离子交换的分子筛的浆液；对经离子交换的分子筛的浆液进行固液分离，得到固相和液相；将液相的pH值调节为8以上后进行固液分离，得到处理液，将处理液循环至双极膜电渗析步骤进行双极膜电渗析。该方法降低了双极膜电渗析装置的能耗，能够获得更高的离子交换效率。本发明专利技术还提供了由该方法得到的碱液在制备分子筛中的应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种分子筛离子交换方法，包括将含有离子的水溶液在双极膜电渗析器中进行双极膜电渗析，得到酸液，双极膜电渗析器包括正极、负极以及位于正极和负极之间的双极膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜，阳离子交换膜和阴离子交换膜两两成对将双极膜两两隔开；使含有模板剂的分子筛与酸液接触，进行离子交换，得到经离子交换的分子筛的浆液；对经离子交换的分子筛的浆液进行固液分离，得到固相和液相；将液相的pH值调节为8以上后进行固液分离，得到处理液，将处理液循环至双极膜电渗析步骤进行双极膜电渗析。该方法降低了双极膜电渗析装置的能耗，能够获得更高的离子交换效率。本专利技术还提供了由该方法得到的碱液在制备分子筛中的应用。【专利说明】一种分子筛离子交换方法及其应用
本专利技术涉及一种分子筛离子交换方法及其应用，特别涉及一种清洁化且低成本地对分子筛进行离子交换的方法及其应用。
技术介绍
据水利部2005年的资料，全国78%流经城市的河段已不适宜作为饮用水源，城市地下水的50%受到污染。水质污染不仅会直接影响工农业生产，对人体健康也会产生严重危害。为了实现国家的可持续发展和人与自然的和谐共存，国家制定了工业污水排放的国家标准GB8978-1996，其中规定石油化工工业铵氮一级排放标准为15mg/L，二级排放标准为 50mg/L。 分子筛具有比表面积高、热稳定性和水稳定性好以及孔径均一等结构特点，被广泛用作催化材料、吸附分离材料与离子交换材料，在石油化工领域中具有广泛的用途。但是，人工合成的分子筛通常为Na型，需通过离子交换将其转变成氢型或多价金属离子型分子筛，才能作为酸性催化剂的活性组分使用。目前，在分子筛制备的过程中，脱除钠离子的方法主要有铵交换方法。但铵交换方法普遍存在的问题是:分子筛原粉需经铵交换制成NH4型分子筛，再焙烧才能转变为氢型分子筛，但是，由于化学平衡的限制，NH4+不能一次完全取代Na+，为得到低Na2O含量的分子筛，铵交换过程需重复进行多次，从而产生大量超标的铵氮废水。为了满足铵氮排放量小于15mg/L的国家标准，需要对废水进行处理，但是，对所述废水进行处理的过程不仅能耗大而且成本高。此外，常规铵离子交换方法需反复调节环境的酸碱性，操作复杂且效率低。因此，为了满足日益严格的环保法规以及工厂提高经济效益的要求，迫切需要开发绿色环保并可以提高经济效益的对固体物质进行离子交换的技术。CN102049193A公开了一种对含有可交换离子的固体物质进行离子交换的方法，该方法包括:采用双极膜电渗析对含有离子的溶液进行双极膜电渗析，从而制备酸液或碱液；将所述酸液或碱液与含有可交换基团的固体物质进行离子交换，并将交换得到的浆液进行固液分离，将固液分离得到的液相循环用作双极膜电渗析中的含有离子的溶液。采用该方法对含可交换离子的固体物质进行离子交换，一方面能够实现离子交换的目的，另一方面能够减少化学试剂的使用量，实现废液的零排放。
技术实现思路
在一些分子筛的合成过程中，有机模板剂起到非常重要的作用，但是在使用时，需要将模板剂从分子筛的主体孔道中除去，才能实现分子筛的催化或吸附性能。本专利技术的专利技术人在实践中发现，米用CN102049193A公开的方法将含有模板剂的分子筛与酸液进行尚子交换时，电渗析装置的能耗较高。本专利技术的专利技术人经过研究发现，出现上述现象的原因可能存在于以下两个方面。(I)分子筛含有能够与0H_形成水不溶性物质的可交换离子(如为Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+、Si4+和稀土金属的离子，其中，所述稀土金属可以为镧和/或铈)，在进行离子交换时，这些能够与0!H形成水不溶性物质的可交换离子与H+交换，从而进入通过固液分离而得到的液相中，将含有能够与0!H形成水不溶性物质的可交换离子的液相循环送入离子交换装置进行双极膜电渗析，以制备用于离子交换的酸液时，上述能够与OH—形成水不溶性物质的可交换离子与双极膜电渗析过程中产生的0Η—结合，形成沉淀，沉积在离子交换膜的表面上，阻碍了离子迁移，导致离子交换膜的电阻增大，电渗析初始阶段电流强度下降，导致电渗析能耗增加。(2)在对含有模板剂的分子筛进行离子交换时，分子筛中的至少部分模板剂能够从分子筛的主体孔道中洗脱，进入液相以及由该液相得到的滤液中。将该滤液用作双极膜电渗析过程中的含有离子的水溶液时，滤液中的模板剂在电场的作用下极化，形成阳离子部分和阴离子部分，并发生迁移。在采用具有图1所示的膜堆结构的双极膜电渗析装置中进行双极膜电渗析时，含有离子的水溶液B进入双极膜的阳离子交换层2与阳离子交换膜3之间的酸室，水C则进入双极膜的阴离子交换层I与阳离子交换膜3之间的碱室，在正极4与双极膜的阴离子交换层I之间的电极室和负极5与双极膜的阳离子交换层2之间的电极室充填电解质的水溶液Α，并给正极4和负极5施加直流电，使得酸室中的阴离子与双极膜电渗析过程生成的H+形成酸，从而在所述酸室生成酸液D ;含有离子的水溶液B中的阳离子则通过阳离子交换3迁移到碱室中，与双极膜电渗析过程中生成的0Η_结合形成碱，从而在所述碱室生成碱液E。双极膜电渗析过程中产生的部分氢离子也会发生迁移，通过阳离子交换膜3进入碱室中。由于模板剂通常为有机胺(有机胺在酸室中能够与氢离子结合形成铵基)和/或季铵化合物，由有机胺形成的铵基或季铵化合物的阳离子部分的体积通常较为庞大，因此由有机胺形成的铵基 或季铵化合物的阳离子部分的迁移与氢离子的迁移之间存在竞争，从而进一步增加了双极膜电渗析装置的能耗。本专利技术的目的在于克服采用现有的离子交换方法对含有模板剂的分子筛进行离子交换时，存在双极膜电渗析装置的能耗高的技术问题，提供一种分子筛离子交换方法，该方法能够以更低的能耗对含有模板剂的分子筛进行离子交换。本专利技术提供了一种分子筛离子交换方法，该方法包括以下步骤:(I)双极膜电渗析步骤，该步骤包括对含有离子的水溶液进行双极膜电渗析，得到酸液，所述双极膜电渗析在双极膜电渗析器中进行，所述双极膜电渗析器包括正极、负极以及位于所述正极和负极之间的至少两个双极膜、至少一个阳离子交换膜和至少一个阴离子交换膜，所述阳离子交换膜和所述阴离子交换膜两两成对将所述双极膜两两隔开；(2)离子交换步骤，该步骤包括使分子筛与所述酸液接触，进行离子交换，得到经离子交换的分子筛的浆液，所述分子筛为含有至少一种模板剂的分子筛；(3)固液分离步骤，该步骤包括对所述经离子交换的分子筛的浆液进行固液分离，得到第一固相和第一液相；其中，将所述第一液相的pH值调节为8以上后进行固液分离，得到处理液；将所述处理液循环至所述双极膜电渗析步骤中，代替至少部分含有离子的水溶液进行双极膜电渗析，得到碱液和所述酸液。本专利技术还提供了一种采用本专利技术的方法对分子筛进行离子交换得到的碱液在制备分子筛中的应用，其中，所述分子筛为含有模板剂的Na型分子筛。根据本专利技术的离子交换方法，在将离子交换步骤得到的液相循环至双极膜电渗析装置中进行双极膜电渗析前，先将该液相的PH值调节为碱性，使液相中能够与OH—结合形成水不溶性物质的离子沉淀出来，并将PH值为碱性的液相进行固液分离后，将得到的处理液作为含有离子的水溶液送入双极膜电渗析装置中进行双极膜电渗析。本专利技术的方法巧妙地解决了由于固液分离得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗一斌，刘中清，周丽娜，舒兴田，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：