一种利用富铁高岭土制备磁性沸石的方法技术

本发明专利技术公开一种利用富铁高岭土制备磁性沸石的方法，是将富铁高岭土在还原气氛中600‑850℃煅烧后，再与氢氧化钠溶液混合并晶化老化，然后固液分离即获得磁性沸石。本发明专利技术在实现富铁高岭土资源化的同时，获得了高性能的磁性沸石，所得磁性沸石可以用于重金属、氨氮等废水处理，并可通过磁分离进行沸石的回收。

【技术实现步骤摘要】
一种利用富铁高岭土制备磁性沸石的方法
本专利技术属于资源利用和水处理材料
，具体涉及一种富铁高岭土资源化利用方法。
技术介绍
沸石是一族架状构造的铝硅酸盐矿物，天然沸石有30多种，合成沸石有100多种。沸石结构中硅氧四面体连接的多元环组装成晶笼、孔道，所以沸石具有发育的微孔、很高微孔比表面积。且由于沸石架状结构中硅氧四面体存在铝替代硅，导致晶体结构带有负电荷，所以沸石具有优异的吸附性、阳离子交换性、分子筛特性、催化活性和酸碱稳定性。沸石已在多个领域被广泛应用。在石油、化学工业中，沸石被用作石油炼制的催化裂化、氢化裂化和石油的化学异构化、重整、海水淡化剂、特殊干燥剂(干燥空气、氢等)。在轻工业中，沸石被用于造纸、合成橡胶、塑料、树脂、涂料充填剂和素质颜色等。在建材工业中，沸石被用作水泥水硬性活性掺合料、烧制人工轻骨料、制作轻质高强度板材和砖。在农业上，沸石被用作土壤改良剂，能起保肥、防水、防止病虫害的作用。在畜禽业中，沸石被用作饲料(猪、鸡)的添加剂和除臭剂等，可促进牲畜生长，提高小鸡成活率。沸石在环境保护领域的应用也受到高度重视，目前沸石在水处理领域的应用主要包括选择性吸附去除水中的氨氮、重金属、放射性核素(Cs+、Rb+、K+等)。虽然天然沸石产出广泛，但是由于成矿环境、过程复杂，天然沸石矿石常常含有很多杂质矿物导致沸石品位低、变化大，性能不稳定，还受到地域的限制。合成沸石中4A沸石最易合成，条件温和、成本低，是目前应用最广泛的合成沸石。磁性沸石不仅具有沸石的特性，而且具有强磁性，可以通过磁场来实现沸石与水的分离。磁性沸石的制备有四种技术途径：其一是把磁性颗粒与天然沸石进行复合，例如专利CN201510157695.9公开了一种磁性沸石及其制备方法，用磁铁粉覆盖天然斜发沸石制成；其二是把磁性颗粒与合成沸石进行复合；其三是加入形成纳米磁铁矿的前驱体，在已有的沸石颗粒表面直接沉淀生成磁铁矿，例如专利CN201510222596.4、CN200810224812.9的制备方法是将二价铁和三价铁盐溶于水中，搅拌加入沸石粉复合制备成磁性沸石；其四是在合成沸石过程中使磁性颗粒与沸石结合。天然沸石一般都是由矿石破碎而成，粒径较大，在水处理中沉淀分离十分容易，因此用天然沸石构建磁性沸石用于水处理实际意义不大。合成沸石一般粒径都在微米-亚微米尺度，粒径小分离困难，而且沸石粉没有粘结性造粒也比较困难，作为粉体使用时存在固液分离的问题，因而合成沸石与磁性颗粒复合制备成磁性沸石是十分必要的。袁明亮等(袁明亮,谭美易,闫冠杰,陶加华.磁性X沸石的合成及其性能[J].过程工程学报,2009,9(06):1210-1215.)通过氨基甲酸乙酯的粘结作用使天然沸石与Fe3O4结合，制备了具有吸附和磁性能的沸石复合体。马海清等(马海清,黄芳,崔龙哲,刘玲玉,吴桂萍.磁性沸石的制备及其对水溶液中镍的吸附[J].水处理技术,2016,42(04):65-68.)以红土和人造沸石为原料、戊二醛为交联剂，成功制备出磁性沸石用于水溶液中镍的吸附。赵方彪(赵方彪.磁性沸石和金属有机骨架材料的制备及其对金属离子的吸附研究[D].吉林大学,2016.)以六水合氯化铁和六水合氯化亚钴为原料，利用溶剂热法在沸石表面负载铁酸钴制备了磁性沸石复合材料，测试了磁性吸附剂对金属离子的吸附性能。闫冠杰(袁明亮,闫冠杰,谭美易,陶加华.磁性沸石的制备与表征及其对Pb2+的吸附性能[J].过程工程学报,2009,9(04):707-711.)用浙江缙云产出的斜发沸石，通过改性得到吸附性能较强的改性沸石，再采用化学共沉淀法和物理黏结法使具有吸附特性的改性沸石与Fe3O4相结合，制备出不同的磁性天然沸石吸附剂。高岭土主要用于造纸、陶瓷、涂料、填料等领域，在目前高岭土的应用中铁都是有害组分，铁含量过高影响产品的白度。因此，高岭土应用对铁含量都有很严格的限制，一般要求小于0.5％。高岭土矿床中铁含量高的矿石都需要进行除铁，如果除铁处理后铁含量仍然达不到要求或者除铁成本过高，必然导致富铁高岭土被弃用，成为矿山的固体废弃物。以廉价低品位高岭土矿物为原料制备分子筛是近年来高岭土研究的一个重要方向，也是对我国储量丰富的低品位高岭土矿产资源的高效利用的方式。粉煤灰是煤粉燃烧后的细粒分散状残余物，是具有一定环境污染性的固体废弃物。以粉煤灰为原料合成沸石分子筛，使其从固体废弃物转变成一种可利用的资源，不仅可以解决粉煤灰污染问题，而且可以得到一种价格低廉、性能良好的分子筛吸附材料。例如：孙奇(孙奇.高岭土和粉煤灰合成分子筛及负载磁性粒子的研究[D].中国地质大学,2015.)以低品位高岭土、粉煤灰为原材料制备了沸石分子筛及磁性沸石分子筛；王凯(王凯,孙菱翎,邱广明,陈伟伟,蔡金利.粉煤灰基沸石的制备及对橙黄G吸附性能研究[J].功能材料,2019,50(02):2133-2138.)以粉煤灰为主要原料，负载Fe3O4为磁核，采用水热合成法制备磁性沸石，并将其用于对亚甲基蓝的吸附。但是由于低品位高岭土中有较多的石英杂质矿物，粉煤灰中有较多的莫来石，这些物相都不能在碱液中水热反应成为沸石，需要与烧碱一起高温熔融后再水热晶化，增加了成本。
技术实现思路
基于上述现有技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种利用富铁高岭土制备磁性沸石的方法，旨在实现富铁高岭土资源化的同时，获得高性能的磁性沸石。本专利技术为实现专利技术目的，采用如下技术方案：一种利用富铁高岭土制备磁性沸石的方法，其特点在于：所用富铁高岭土中高岭石质量百分含量不小于80％、石英和云母质量百分含量均不大于5％、三价铁氧化物(铁的氧化物和铁的氢氧化物的总称)质量百分含量不小于2％；在富铁高岭土中铁氧化物主要以水铁矿、针铁矿的形式赋存，高度分散包覆在高岭石表面，晶体粒径不大于100nm；所述方法为方法1、方法2或方法3；所述方法1包括如下步骤：步骤11、将富铁高岭土在还原气氛中600-850℃煅烧1～2h，使高岭石转变为偏高岭石、三价铁氧化物转变为纳米磁铁矿和/或纳米铁，获得煅烧富铁高岭土，其磁化率大于600SI；将煅烧富铁高岭土粉碎、过200目筛，获得煅烧富铁高岭土粉；步骤12、按照摩尔比NaOH:SiO2＝22～32:10、H2O:NaOH＝80～120:1，将所述煅烧富铁高岭土粉与氢氧化钠、水配料后投入反应釜中，于40～60℃搅拌2～4h，再于85～105℃老化结晶4～8h，使煅烧获得的纳米磁铁矿和/或纳米铁被包裹在沸石晶体中；反应结束后，分离母液，所得固体洗涤、干燥、粉碎，即获得磁性4A沸石粉，其磁化率>500SI、室温下离子交换容量>200meq/100g；所述方法2包括如下步骤：步骤21、将富铁高岭土在还原气氛中600-850℃煅烧，使高岭石转变为偏高岭石、三价铁氧化物转变为纳米磁铁矿和/或纳米铁，获得煅烧富铁高岭土，其磁化率大于600SI；将煅烧富铁高岭土粉碎、过200目筛，获得煅烧富铁高岭土粉；...

【技术保护点】
1.一种利用富铁高岭土制备磁性沸石的方法，其特征在于：/n所用富铁高岭土中高岭石质量百分含量不小于80％、石英和云母质量百分含量均不大于5％、三价铁氧化物质量百分含量不小于2％，且三价铁氧化物晶体粒径不大于100nm；/n所述方法为方法1、方法2或方法3；/n所述方法1包括如下步骤：/n步骤11、将富铁高岭土在还原气氛中600-850℃煅烧，使高岭石转变为偏高岭石、三价铁氧化物转变为纳米磁铁矿和/或纳米铁，获得煅烧富铁高岭土；/n将煅烧富铁高岭土粉碎、过200目筛，获得煅烧富铁高岭土粉；/n步骤12、按照摩尔比NaOH:SiO

【技术特征摘要】
1.一种利用富铁高岭土制备磁性沸石的方法，其特征在于：
所用富铁高岭土中高岭石质量百分含量不小于80％、石英和云母质量百分含量均不大于5％、三价铁氧化物质量百分含量不小于2％，且三价铁氧化物晶体粒径不大于100nm；
所述方法为方法1、方法2或方法3；
所述方法1包括如下步骤：
步骤11、将富铁高岭土在还原气氛中600-850℃煅烧，使高岭石转变为偏高岭石、三价铁氧化物转变为纳米磁铁矿和/或纳米铁，获得煅烧富铁高岭土；
将煅烧富铁高岭土粉碎、过200目筛，获得煅烧富铁高岭土粉；
步骤12、按照摩尔比NaOH:SiO2＝24～32:10、H2O:NaOH＝80～120:1，将所述煅烧富铁高岭土粉与氢氧化钠、水配料后投入反应釜中，于40～60℃搅拌2～4h，再于85～105℃老化结晶4～8h，使煅烧获得的纳米磁铁矿和/或纳米铁被包裹在沸石晶体中；反应结束后，分离母液，所得固体洗涤、干燥、粉碎，即获得磁性4A沸石粉；
所述方法2包括如下步骤：
步骤21、将富铁高岭土在还原气氛中600-850℃煅烧，使高岭石转变为偏高岭石、三价铁氧化物转变为纳米磁铁矿和/或纳米铁，获得煅烧富铁高岭土；
将煅烧富铁高岭土粉碎、过200目筛，获得煅烧富铁高岭土粉；
步骤22、按照摩尔比NaOH:SiO2＝24～32:10、H2O:NaOH＝80～120:1，将所述煅烧富铁高岭土粉与氢氧化钠、水配料后投入反应釜中，于40～60℃搅拌2～4h，再加入占所述煅烧富铁高岭土粉质量3～8％的纳米磁铁矿，然后于...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晶晶，陈赫然，刘玉慧，陈天虎，谢巧勤，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34