一种基于微水路线合成P型分子筛的方法技术

本发明专利技术涉及一种微水路线合成P型分子筛的方法，利用物理微水交联预处理法与微量天然纳米高分子材料掺杂法构建前驱体微水网络，完成反应物固相传质过程，解决了分子筛制造成本高，反应釜产量低，废水污染的问题，其技术方案要点是：将硅源、铝源、钠源和水按一定的摩尔比称量置于研钵中，通过掺杂微量天然纳米纤维或通过机械混匀、物理剪切力重构、毛细作用微水网络成型等过程实现分子筛前驱体微水网络构建。将粘稠前驱体转移至反应釜，一定温度晶化后，产物烘干研磨成粉末，得到P型分子筛。方法工艺简单，产量高且无需后处理，采用该方法制备的P型分子筛对水体中重金属污染离子具有优越的吸附性能。越的吸附性能。越的吸附性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微水路线合成P型分子筛的方法


[0001]本专利技术属于分子筛的制备领域，具体涉及一类基于微水路线合成P型分子筛的方法。
技术背景
[0002]P型分子筛是一种人工合成的沸石分子筛，其分子式为Na6Al6Si
10
O
32
·
12H2O，硅(铝)氧四面体通过共顶点氧桥构成八元环，孔径为0.31nm
×
0.44nm和0.26nm
×
0.49nm的直形孔道和正弦形孔道。P型分子筛具有特殊的孔道结构，使其具有良好的金属离子交换能力和吸附能力，不仅可以从海水中提取钾离子，还可广泛应用于工业废水中金属离子的吸附和水体的净化，且可以作为催化剂的载体和洗涤剂助剂，具有广阔的应用前景。
[0003]目前P型分子筛合成普遍使用传统的水热合成法，合成过程中需要大量溶剂，降低反应釜利用率，存在产量低、安全性差等缺点[CN103274427A，CN110467199A]。此外，产生的废溶剂和洗涤废水显著增加环保成本。本专利利用物理微水交联预处理法和微量天然纳米高分子材料掺杂法构建前驱体微水网络，取代传统溶剂完成反应物固相传质过程，开发出一类P型分子筛的微水合成路线，实现具有高产量、无溶液反应、无废液残留的低成本、高安全特性的新型绿色分子筛合成方法。所得P型分子筛呈中性，也无需对产物进行洗涤，未产生大量洗涤废水，仅需将产物烘干研磨即可。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的克服现有技术中的不足，提出一种微水路线，高效无污染的合成P型分子筛，解决了现有合成工艺繁杂、经济效益差、产量低和水污染等问题。其技术思路是通过物理和化学方法在前驱体固相中构建微水网络，替代传统的溶液环境实现固相传质过程，具体技术路线分为两条：即物理微水交联预处理法和微量天然纳米高分子材料掺杂法。
[0005]其中物理微水交联法是降低前驱水的比例，并通过固体机械混匀、物理剪切力重构充分将水和固体粉末均匀分散，通过表面张力将固体粉末凝聚，不产生溶液相氛围；其次通过封装静置，通过毛细作用使前驱体内形成均匀的微水网络，此时前驱体为粘稠面团状，此外不含溶液。通过将前驱体放入反应釜，无需再加入溶液即可进行水热反应完成合成，由于避免了额外溶液引入，反应釜投样量可显著提高，提升产率。
[0006]其中，微量天然纳米高分子材料掺杂法，是利用天然纳米高分子材料，如纳米纤维素、纳米蛋白纤维等，具有高比表面积、表面含有丰富大量亲水官能团等特点，在反应原料粉末中加入微量此类天然纳米高分子即可显著改变材料的亲水、包水性质，可在前驱体中快速形成均匀微水网络，实现微水合成P型分子筛。
[0007]此外，同时结合上述两种方法，即在前驱体中添加微量天然纳米高分子材料再进行物理微水交联法亦可实现微水路线合成P型分子筛。
[0008]本专利技术拟采用以下P型分子筛的合成方案，其特征包括以下三项中任一项：
[0009]1.天然纳米高分子材料掺杂法：将硅源、铝源、钠源和水按一定的摩尔比称量置于研钵中，按每10g量加入1～5mg天然纳米高分子材料，研磨3
‑
10min后，将粘稠原料置于反应釜中，反应温度160～210℃，晶化时间12～36h，冷却后，将得到的产物烘干研磨，即可得到P型分子筛。
[0010]2.物理微水交联预处理法：将硅源、铝源、钠源和水按一定的摩尔比称量置于研钵中，机械混匀后，将原料放置平面上用手工或者机械持续施加水平方向的剪切力使团聚胶体发生重构，将产物放置于封闭容器中放置5～30min，使产物在毛细作用自发形成均匀微水网络，通过将粘稠面团状原料置于反应釜中，反应温度160～210℃，晶化时间12～36h，冷却后，将得到的产物烘干研磨，即可得到P型分子筛。
[0011]3.天然纳米高分子掺杂法结合物理微水交联预处理法：将硅源、铝源、钠源和水按一定的摩尔比称量置于研钵中，按每10g量加入1～5mg天然纳米高分子材料，机械混匀后，将原料放置平面上用手工或者机械持续施加水平方向的剪切力使团聚胶体发生重构，将产物放置于封闭容器中放置5～10min，通过将粘稠面团状原料置于反应釜中，反应温度160～210℃，晶化时间12～36h，冷却后，将得到的产物烘干研磨，即可得到P型分子筛。
[0012]其中，所述的硅源为高岭土，硅藻土，粉煤灰中的一种或两种；
[0013]所述的铝源为高岭土，氢氧化铝，拟薄水铝石中的一种或两种；
[0014]所述的钠源为氢氧化钠，碳酸钠中的一种或两种；
[0015]所述的摩尔比为Si∶Al∶Na∶H2O＝1.1～1.7∶1.0～1.2∶1.1～1.4∶10～25。
[0016]所述天然纳米高分子材料包括纳米纤维素、纳米蛋白纤维材料，纤维直径为1纳米到50微米，纤维长度为5纳米到100微米。
[0017]可优选地，硅源和铝源为高岭土，钠源为氢氧化钠，高岭土∶NaOH∶H2O摩尔比范围为1～1.4∶1∶12～25。
[0018]可优选地，硅源为硅藻土，铝源为高岭土和拟薄水铝石，钠源为氢氧化钠时，硅藻土∶高岭土∶拟薄水铝石∶NaOH∶H2O摩尔比范围为0.6∶0.2～0.4∶0.7∶1∶15～30。
[0019]可优选地，所述的反应温度设置为180～200℃。
[0020]可优选地，所述的晶化时间设置为16～24h。
附图说明
[0021]图1为对比例采用水热法合成的P型分子筛的X射线衍射谱图(XRD)与扫描电子显微镜图(SEM)。
[0022]图2为本专利技术实施例1合成的P型分子筛的XRD谱图与SEM图。
[0023]图3为对比例采用水热法合成的P型分子筛在水溶液中吸附重金属铅和镉的等温吸附曲线图。
[0024]图4为本专利技术实施例1合成的P型分子筛在水溶液中吸附重金属铅和镉的等温吸附曲线图。
[0025]下面结合实施实例对本专利技术作进一步详细说明。需要注意的是，本专利技术的内容并不限于这些具体的实施方式。在不背离本专利技术背景和精神的前提下，本领域技术人员在阅读本专利技术的内容的基础上可以进行等价替换和修改，其内容也包括在本专利技术要求保护的范围内。
[0026]对比例
[0027]采用传统的水热法合成P型分子筛：溶液A：称取0.45g九水合硝酸铝溶于10ml去离子水，溶液B：称取0.68g九水合硅酸钠溶于10ml去离子水，溶液C：称取0.23g氢氧化钠溶于10ml去离子水。在磁力搅拌的情况下，将溶液B加入到溶液A中，搅拌10min后，加入溶液C。搅拌10min后，置于50ml反应釜中，反应温度160℃，晶化时间24h，自然冷却至室温，过滤并采用去离子水洗涤至中性，产物置于80℃烘箱里干燥2h，制得P型分子筛。其XRD谱图和SEM图如附图1。水热法合成的P型分子筛对重金属Pb
2+
和Cd
2+
离子的最大吸附量分别为649mg/g和210mg/g，如附图2。
[0028]实施例1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微水路线P型分子筛合成方法，其特征在于，利用物理微水交联预处理法和微量天然纳米高分子材料掺杂法构建前驱体微水网络，完成反应物固相传质过程，实现具有无溶液反应、无废液残留的低成本、高安全特性的新型绿色分子筛合成方法。其中具体特征包括其中任一项：a.所述微量天然纳米高分子材料掺杂法包括在分子筛前驱体中掺杂微量强亲水性、表面带有大量羟基纳米纤维素材料、纳米蛋白纤维材料形成局域微水网络；b.所述物理微水交联预处理法包括通过微水前驱体固体机械混匀、物理剪切力重构、毛细作用微水网络成型等过程实现分子筛前驱体微水网络构建。c.所述合成方法可以单独通过物理微水交联预处理法和微量天然纳米高分子材料掺杂法中任一种独立实现或结合两种方法实现。2.根据权利要求1所述的天然纳米高分子材料掺杂法，其特征在于，所述天然纳米高分子材料包括纳米纤维素、纳米蛋白纤维材料，纤维直径为1纳米到50微米，纤维长度为5纳米到100微米。3.根据权利要求1所述的天然纳米高分子材料掺杂法，其特征在于，将硅源、铝源、钠源和水按一定的摩尔比称量置于研钵中，按每10g固体中加入1～5mg天然纳米高分子材料，研磨3
‑
10min后，将粘稠原料置于反应釜中，反应温度160～210℃，晶化时间12～36h，冷却后，将得到的产物烘干研磨，即可得到P型分子筛。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄富强，周策，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：