一种粉煤灰合成X型沸石的方法技术

本发明专利技术涉及一种粉煤灰合成X型沸石的方法；将100‑200目原料粉煤灰煅烧，得到除碳后的原料；将煅烧后的粉煤灰浸泡于盐酸溶液中，搅拌反应，随后过滤，滤饼水洗至pH＝6.0‑7.0，然后放入烘箱干燥；加硅酸钠、氢氧化钠和蒸馏水，混合物料，在室温下搅拌陈化；然后转移至水热反应釜中，密封，再将水热反应釜放入烘箱中，在90‑105℃下反应；反应完成后，取出水热反应釜，冷却至室温，过滤固体产物，并用蒸馏水对滤饼进行洗涤，直至洗涤溶液pH至8.5‑10，过滤后放入烘箱干燥，得到X型沸石。X型沸石为立体八面体结构，晶型轮廓清晰，形态完好，粒径均一；其热重‑差热分析说明X型沸石热稳定性良好。

Method for synthesizing X zeolite by using fly ash

The invention relates to a method for the synthesis of X zeolite with fly ash; 100 200 orders of raw materials of fly ash calcination, obtained after removing the carbon material; the calcined fly ash soaked in hydrochloric acid solution, stirring, after filtering, washing the filter cake to pH = 6 7, and then put into the oven drying; addition of sodium silicate, sodium hydroxide and distilled water, mixing, stirring at room temperature aging; the seal is then transferred to a hydrothermal reaction kettle, and then the autoclave in the oven, 105 reaction at 90 DEG C; after the completion of the reaction, remove the hydrothermal reaction kettle, cooling to room temperature, filtered solid the product, and the filter cake was washed with distilled water until the wash solution, pH 10 to 8.5, filtered into the oven drying, X type zeolite. X type zeolite as a solid eight surface structure, crystal clear outline, perfect shape, uniform particle size; the thermogravimetric differential thermal analysis indicated that X type zeolite has good thermal stability.

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤灰合成X型沸石的方法
本专利技术涉及利用煤碳燃烧后排放产生的粉煤灰中的硅、铝源制备X型沸石的方法，具体地说，是一种粉煤灰合成X型沸石的方法；属于固体废物处理与资源化领域。
技术介绍
煤炭是我国工业发展的能源核心，随着火力发电厂大量使用煤炭，且我国煤炭灰分较高，燃煤而产生的工业废弃物粉煤灰产量迅速增加，但利用率却增长缓慢，将粉煤灰进行填埋处理不仅浪费大量土地资源，而且还污染环境。目前，粉煤灰的资源化利用主要在建筑建材、化工、环保、农业等领域，建筑行业领域约占总量的30％。由于粉煤灰中含有二氧化硅和氧化铝，与沸石主要成分相似，可利用粉煤灰合成高附加值的沸石分子筛。利用粉煤灰合成的沸石分子筛来处理含重金属废水，不但可提高粉煤灰的附加值，同时也为含重金属废水的治理提供了一种低成本的处理方法，这样不但达到以废治废的作用，而且也起到资源化利用的效果。X型沸石为一种纳米微孔材料,具有较好的吸附、催化和离子交换等性能,在化工、环境保护和医药卫生等领域中均有广泛的应用和巨大的市场潜力。人工合成的X型沸石与天然的八面沸石具有相同的晶体结构,硅铝比小于1.5。X型沸石分子筛属于立方晶系,其理想的晶胞组成为:Na86(Al86Si106O384)·264H20，晶胞参数α为2.486-2.502nm，空间群为Fd3m，X型分子筛的每个结构单位均有192个硅(铝)氧四面体构成,有效孔径为0.9-1.0nm。这种结构可为吸附作用提供快速的晶内扩散优势，有效的提高吸附能力。沸石是一种用途广泛的无机多孔材料，由于其特殊的结构特征与性能,被广泛的应用到重金属离子废水处理,废气处理，气体的分离与干燥以及石油催化等工业领域。天然沸石受地域和开采条件的影响,不能完全满足工业上对沸石量的需求。沸石虽然可以进行人工合成,但是利用纯的化工原料合成沸石成本较高,同样也限制了沸石在低端领域的应用。目前，X型沸石主要是以烧碱、氢氧化铝、水玻璃等作为原料,采用低温水热合成的工艺生产。但是由于合成工艺没有重大突破,所合成的X型沸石产品纯度不高、产率低等原因,利用矿物原料合成X型沸石的工业化问题至今仍未解决。寻找合适的廉价原材料成为解决这一问题的关键。由于粉煤灰中含有二氧化硅和氧化铝，与沸石的主要成分相似，所以利用粉煤灰合成X型沸石具有良好的前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供粉煤灰合成X型沸石的方法，可为粉煤灰的治理和资源化利用提供技术选择。本专利技术的技术方案如下：一种粉煤灰合成X型沸石的方法，其步骤如下：1)将100-200目原料粉煤灰煅烧，得到除碳后的原料；2)将煅烧后的粉煤灰浸泡于盐酸溶液中，搅拌反应，随后过滤，滤饼水洗至pH＝6.0-7.0，然后放入烘箱干燥；3)向步骤2)处理后的粉煤灰中加硅酸钠、氢氧化钠和蒸馏水，混合物料，在室温下搅拌陈化；然后转移至水热反应釜中，密封，再将水热反应釜放入烘箱中，在90-105℃下反应；反应完成后，取出水热反应釜，冷却至室温，过滤固体产物，并用蒸馏水对滤饼进行洗涤，直至洗涤溶液pH至8.5-10，过滤后放入烘箱干燥，得到X型沸石。优选步骤1)煅烧温度为550-850℃，煅烧时间为2-4h。优选步骤2)中，煅烧后的粉煤灰浸泡于3.5-4.5mol/L的盐酸溶液中，固液比采用1:9～11(g/ml)。优选步骤2)中在90℃下搅拌反应4-5h。优选步骤3)陈化时间为10-12h。优选步骤3)物料比分别为：硅酸钠与步骤2)得到的粉煤灰质量比为1～2.5:1，氢氧化钠与步骤2)得到的粉煤灰质量比固定为0.58:1，蒸馏水体积与粉煤灰和硅酸钠混合物料的质量比范围为5.0～10:1。优选步骤3)反应时间为8-24h。优选烘箱干燥温度为105℃本专利技术得到一种粉煤灰合成X型沸石的方法；扫描电镜观察X型沸石为立体八面体结构，晶型轮廓清晰，形态完好，粒径均一；X型沸石产品化学式为：Si7Al5O24Na7.4(H2O)5.2，匹配PDF标准卡片PDF#83-2319，粉末X-射线衍射图特征峰衍射角度(2θ)值为6.080°、9.997°、12.380°、15.461°、17.618°、20.763°、21.580°、23.360°、26.559°、28.021°、33.757°、35.600°，合成的X型沸石的扫描电镜图及粉末X-射线衍射图如图1、图2所示。红外光谱图波长位置与文献中X型沸石红外光谱图相近，可进一步证实合成产物为X型沸石，其红外光谱图如图5所示；热重-差热分析说明X型沸石热稳定性良好。具体说明如下:研磨处理：将原料粉煤灰采用粉碎性研磨机进行研磨，用此作为合成沸石的原料；此步骤的目的在于减小颗粒粒度，且使固体颗粒更为均匀，更有利于后续反应。高温煅烧：取研磨后的粉煤灰放在坩埚中，在马弗炉550-850℃下高温煅烧2-4h，除掉粉煤灰中未燃尽的碳，煅烧后粉煤灰由灰色转变为黄色。酸溶处理：煅烧后的粉煤灰浸泡于3.4-4.5mol/L的盐酸溶液中，固液比采用1:9～11(质量/体积，g/ml)，90℃下搅拌反应4-5h，随后过滤，滤饼水洗至中性，然后在105℃下干燥；酸洗的目的是去除粉煤灰中的一些杂质，如铁、钙、钠、硫等可溶性杂质，有利于提高后续合成沸石的纯度。水热合成：向处理后的粉煤灰中加硅酸钠，氢氧化钠和蒸馏水，混合物料，随后在室温下搅拌陈化10-12h，然后转移至水热反应釜中，密封，再将水热反应釜放入烘箱中，在90-105℃下反应8-24h。反应完成后，取出水热反应釜，冷却至室温，倒掉上清液，过滤固体产物，并用蒸馏水对滤饼进行洗涤，直至洗涤溶液pH至8.5-10，过滤后放入烘箱，在105℃下充分干燥，即可得到X型沸石。本专利技术提供了一种方便，简洁、易于操作的水热合成X型沸石的方法。合成的X型沸石产品晶型完好，呈八面体结构，粉末X-射线衍射图(XRD)特征峰清晰完好。常温至200℃之间存在明显的失重现象，其DSC数据存在吸热峰，主要是由于沸石吸附水分和部分结晶水的溢出，200℃至700℃之间仍然存在缓慢的失重现象，而DSC数据表明在350℃至700℃之间存在较多的吸热波动峰，可能仍然是由于X型沸石中的部分结晶水分的分步脱水引起的，也可能存在晶体结构破坏现象，合成的X型沸石的热重、微分热重分析图及差示扫描热量分析图如图3、图4所示。该X型沸石具有良好的热稳定性。其红外谱图与纯X型沸石相近。BET方法测得的X型沸石比表面积为133m2/g。附图说明图1：105℃晶化合成X型沸石的扫描电镜图；图2：合成X型沸石的粉末X-射线衍射图；图3：合成X型沸石的热重、微分热重分析图；图4：合成X型沸石的差示扫描热量分析图；图5：合成X型沸石的红外光谱图；图6：95℃下晶化合成X型沸石的扫描电镜图；图7：95℃下8h晶化合成X型沸石的粉末X-射线衍射图；图8：95℃下12h晶化合成X型沸石的粉末X-射线衍射图；图9：105℃下12h晶化合成X型沸石的粉末X-射线衍射图；图10：105℃下24h晶化合成X型沸石的粉末X-射线衍射图：图11：硅酸钠与粉煤灰质量比为2.5时晶化合成X型沸石的扫描电镜图。具体实施方式实施例1.1)：取某电厂粉煤灰，用研磨机研磨成细灰，研磨后颗粒粒径为200目；2)：取研磨后产物50g，放置于坩埚中，置马本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉煤灰合成X型沸石的方法，其特征是步骤如下：1)将100‑200目原料粉煤灰煅烧，得到除碳后的原料；2)将煅烧后的粉煤灰浸泡于盐酸溶液中，搅拌反应，随后过滤，滤饼水洗至pH＝6.0‑7.0，然后放入烘箱干燥；3)向步骤2)处理后的粉煤灰中加硅酸钠、氢氧化钠和蒸馏水，混合物料，在室温下搅拌陈化；然后转移至水热反应釜中，密封，再将水热反应釜放入烘箱中，在90‑105℃下反应；反应完成后，取出水热反应釜，冷却至室温，过滤固体产物，并用蒸馏水对滤饼进行洗涤，直至洗涤溶液pH至8.5‑10，过滤后放入烘箱干燥，得到X型沸石。

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰合成X型沸石的方法，其特征是步骤如下：1)将100-200目原料粉煤灰煅烧，得到除碳后的原料；2)将煅烧后的粉煤灰浸泡于盐酸溶液中，搅拌反应，随后过滤，滤饼水洗至pH＝6.0-7.0，然后放入烘箱干燥；3)向步骤2)处理后的粉煤灰中加硅酸钠、氢氧化钠和蒸馏水，混合物料，在室温下搅拌陈化；然后转移至水热反应釜中，密封，再将水热反应釜放入烘箱中，在90-105℃下反应；反应完成后，取出水热反应釜，冷却至室温，过滤固体产物，并用蒸馏水对滤饼进行洗涤，直至洗涤溶液pH至8.5-10，过滤后放入烘箱干燥，得到X型沸石。2.如权利要求1所述的方法，其特征是步骤1)煅烧温度为550-850℃，煅烧时间为2-4h。3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，王璐，王国栋，李现龙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12