一种利用煤矸石制备的碳基分子筛和13X沸石、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种利用煤矸石制备的碳基分子筛和13X沸石、制备方法及应用，该方法以煤矸石为原料，经粉磨、碳化、活化、沉积得到碳基分子筛和活化硅相，然后对得到的硅铝物相进行化学激发和水热晶种诱导，制得13X沸石。本发明专利技术方法充分利用了煤矸石的主要物相，降低了工艺的废物排放。本发明专利技术最终制备得到的碳基分子筛和13X沸石均具有较高的比表面积和微孔孔容，且碳基分子筛具有氮气选择性，能够用于固定床分离装置中，从烟气中提纯纯度超过99.9％的氮气；得到的13X沸石具有二氧化碳选择性，能够用于固定床分离装置中，从烟气中提纯纯度超过99.9％的二氧化碳。99.9％的二氧化碳。99.9％的二氧化碳。

【技术实现步骤摘要】
一种利用煤矸石制备的碳基分子筛和13X沸石、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于材料领域，涉及分子筛及沸石的制备，具体涉及一种利用煤矸石制备的碳基分子筛和13X沸石、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]CO2是导致全球变暖的最重要原因之一，温室气体导致的气候变化已严重威胁我们的生存环境，减排温室气体刻不容缓。近年来碳捕集、利用和封存技术的发展为减少温室气体CO2提供了可能，由于CO2捕集可以在不改变现有设施和工艺的条件下，有效地分离和浓缩CO2，所以CO2捕集已经成为降低燃煤火电厂烟气中CO2的有效措施。变压吸附是一种生产成本低、操作简单、产品纯度高的物理气体吸附分离技术，在工业上得到了广泛的推广和应用。在变压吸附工艺中，分子筛是核心组成部分，决定着分离过程的实际效果，多孔碳基分子筛和13X沸石以其优异的分子孔道，可以在低温低压条件下有效的从烟气中分离氮气或二氧化碳。
[0003]铝酸盐和硅酸盐化合物均可以用作合成13X沸石的铝源和硅源，但是这些原料属于化工产品，成本较高。煤矸石作为一种固体废弃物，容易获取且价格低廉，同时，煤矸石中富含碳，有机质，和硅铝物相，如果以煤矸石为原料生产碳基分子筛和13X沸石，可以取得巨大的环保效益和经济效益，然而现有技术中缺少以煤矸石制备碳基分子筛和13X沸石的成熟技术。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于，提供一种利用煤矸石制备的碳基分子筛和13X沸石、制备方法及应用。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0006]一种利用煤矸石制备碳基分子筛和13X沸石的方法，该方法以煤矸石为原料，经粉磨、碳化、活化、沉积得到碳基分子筛和活化硅相，然后对得到的硅铝物相进行化学激发和水热晶种诱导，制得13X沸石。
[0007]本专利技术还具有以下技术特征：
[0008]具体的，该方法包括以下步骤：
[0009]步骤1、将煤矸石球磨得到煤矸石粉体，然后将煤矸石粉体置于回转炉中进行碳化、活化和沉积，得到碳基分子筛和活化硅铝相混合物；
[0010]步骤2、将步骤1得到的碳基分子筛和活化硅铝相混合物于浮选机中分离，得到碳基分子筛和活化硅铝相；
[0011]步骤3、将步骤2中分离得到的活化硅铝相与配方量的水、水玻璃、氢氧化钠和13X沸石晶种混合搅拌得到混合料液A；将混合料液A置于水热釜中进行水热反应，得到混合料液B；混合料液B过滤干燥得到13X沸石。
[0012]更进一步的，所述的步骤1中的碳化温度为750～790℃，碳化升温速率为5～15℃/min，活化温度为790～830℃，活化助剂为水蒸气，活化时间为30～60min，沉积温度为710～750℃，沉积助剂为氮气，沉积时间为90～120min。
[0013]更进一步的，所述步骤3中以质量百分比计，活化硅铝相30.3～35.7％、水45.5～50.9％、水玻璃10.9～15.2％、氢氧化钠5.9～9.7％和13X沸石晶种0.5～1.1％，各组分的质量百分比合计为100％。
[0014]更进一步的，所述步骤3中水热反应温度为80～100℃，水热反应时间为60～120min，干燥温度为60℃。
[0015]更进一步的，该方法包括以下步骤：
[0016]步骤1、将煤矸石球磨得到200目的煤矸石粉体，然后将煤矸石粉体置于回转炉中，以10℃/min升温至为780℃进行碳化，然后升温至800℃，以水蒸气为活化助剂进行活化，活化时间为30min，得到活化煤矸石，再以氮气为沉积沉积助剂，在720℃的沉积温度下沉积90min，得到碳基分子筛和活化硅铝相混合物；
[0017]步骤2、将步骤1得到的碳基分子筛和活化硅铝相混合物于浮选机中分离，得到碳基分子筛和活化硅铝相；
[0018]步骤3、将步骤2中分离得到的活化硅铝相与配方量的水、水玻璃、氢氧化钠和13X沸石晶种混合搅拌得到混合料液A；将混合料液A置于水热釜中进行水热反应，得到混合料液B；混合料液B过滤干燥得到13X沸石；
[0019]其中，混合料液A包括以下原料组分，以质量百分比计，活化硅铝相30.7％，水48.9％，水玻璃13.2％，氢氧化钠6.6％和13X沸石晶种0.6％；水热温度为80℃，水热时间为120min，干燥温度为60℃。
[0020]更进一步的，所述碳基分子筛的比表面积为365m2/g，微孔孔容为0.159cm3/g；所述的13X沸石的比表面积为579m2/g，微孔孔容为0.249cm3/g。
[0021]本专利技术还保护上述方法制备得到的碳基分子筛和13X沸石。
[0022]本专利技术还保护上述方法制备得到的碳基分子筛和13X沸石用于制备固定床分离装置的应用，所述固定床分离装置用于从烟气中富集氮气和二氧化碳。
[0023]更进一步的，将配方量的碳基分子筛、酚醛树脂和聚乙二醇置于挤条机中压制成型得氮气吸附层，将配方量的13X沸石粉末、酚醛树脂和聚乙二醇置于挤条机中压制成型到二氧化碳吸附层，然后将得到的二氧化碳吸附层填充至固定床分离装置的底部，氮气吸附层填充至所述固定床分离装置中二氧化碳吸附层的上方；
[0024]其中，以质量百分比计，碳基分子筛或13X沸石粉末均为85.3％、酚醛树脂为14.4％和聚乙二醇为0.3％。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益的技术效果：
[0026](Ⅰ)本专利技术方法以煤矸石为原料制备碳基分子筛和13X沸石，得到的碳基分子筛和13X沸石均具有较高的比表面积和微孔孔容，且碳基分子筛具有氮气选择性，能够用于固定床分离装置中，从烟气中提纯纯度超过99.9％的氮气；得到的13X沸石具有二氧化碳选择性，能够用于固定床分离装置中，从烟气中提纯纯度超过99.9％的二氧化碳。
[0027](II)本专利技术的制备方法以煤矸石作为主要原料，将煤矸石中所含的碳、有机质等组分转化为碳基分子筛，又将残余的硅铝相转化为13X沸石，充分利用了煤矸石的主要物
相，降低了工艺的废物排放。
[0028](III)本专利技术方法制备得到的碳基分子筛和13X沸石可以填充至固定床分离装置中，用于从烟气中富集氮气和二氧化碳，实现了以废治废的环保理念。
附图说明
[0030]图1为实施例1制得的13X沸石XRD图谱；
[0031]图2实施例中制备得到的碳基分子筛的孔径分布图；
[0032]图3实施例中制备得到的13X沸石的孔径分布图；
[0033]图4是本专利技术实施例中的固定床分离装置的结构示意图。
[0034]图中标号代表：
[0035]1‑
烟气进口，2
‑
漩涡式气流分布器，3
‑
二氧化碳吸附层，4
‑
氮气吸附层，5
‑
棕压垫，6
‑
补偿型自动压紧装置，7
‑
气体出口。
[0036]以下结合实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用煤矸石制备碳基分子筛和13X沸石的方法，其特征在于，该方法以煤矸石为原料，经粉磨、碳化、活化、沉积得到碳基分子筛和活化硅相，然后对得到的硅铝物相进行化学激发和水热晶种诱导，制得13X沸石。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、将煤矸石球磨得到煤矸石粉体，然后将煤矸石粉体置于回转炉中进行碳化、活化和沉积，得到碳基分子筛和活化硅铝相混合物；步骤2、将步骤1得到的碳基分子筛和活化硅铝相混合物于浮选机中分离，得到碳基分子筛和活化硅铝相；步骤3、将步骤2中分离得到的活化硅铝相与配方量的水、水玻璃、氢氧化钠和13X沸石晶种混合搅拌得到混合料液A；将混合料液A置于水热釜中进行水热反应，得到混合料液B；混合料液B过滤干燥得到13X沸石。3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述的步骤1中的碳化温度为750～790℃，碳化升温速率为5～15℃/min，活化温度为790～830℃，活化助剂为水蒸气，活化时间为30～60min，沉积温度为710～750℃，沉积助剂为氮气，沉积时间为90～120min。4.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤3中以质量百分比计，活化硅铝相30.3～35.7％、水45.5～50.9％、水玻璃10.9～15.2％、氢氧化钠5.9～9.7％和13X沸石晶种0.5～1.1％，各组分的质量百分比合计为100％。5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述所述步骤3中水热反应温度为80～100℃，水热反应时间为60～120min，干燥温度为60℃。6.如权利要求2所述方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、将煤矸石球磨得到200目的煤矸石粉体，然后将煤矸石粉体置于回转炉中，以10℃/min升温至为780℃进行碳化，然后升温至800℃，以水蒸气...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩乐，王晓东，朱世彬，武博强，许刚刚，张跃宏，许晨，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：