[發明專利]一種以煤系高嶺土為原料制備介孔材料的方法

無效

• 申請號: 200910212640.8
• 申請日: 2009-11-13
• 公開（公告）號: CN102060301A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 吳其勝;黎水平;張長森
• 申請（專利權）人: 鹽城工學院
• 主分類號: C01B33/20
• 分類號: C01B33/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種以煤系高嶺土為原料制備介孔材料的方法，屬于高嶺土應用和介孔材料合成領域。

背景技術

介孔材料是指孔徑介于2～50nm之間的一類無機多孔材料，其孔道結構高度有序，具有大的比表面積、孔容和吸附容量，在催化裂化、廢水處理、吸附和分離等領域有著廣泛的應用前景。我國煤層中伴生硬質高嶺土，其礦床大，儲量豐富，在采煤過程中作為工業廢棄物排出，煤系高嶺土的大量堆積，侵占了大面積的山地和農田，并造成嚴重的環境污染。為了提高資源利用率，按照發展循環經濟，實現可持續發展的需要，對煤系高嶺土進行綜合開發利用，具有良好的應用前景。目前對高嶺土應用的研究主要集中在制備4A沸石、Y型沸石、ZSM-5沸石和P型沸石等上，對用高嶺土合成介孔材料的研究很少，少數成功報道合成的產品不僅比表面積只有200～600m²/g，且反應溫度為150～350℃，模板劑：SiO₂達1.0，水熱時間為24～72h，液固比200左右，生產效率低，產品成本提高，售價昂貴，應用前景黯淡。

發明內容

本發明針對以高嶺土為原料制備的介孔材料比表面積過小且反應溫度高、模板劑用量大、水熱時間長及液固比大的不足，提出了一種以煤系高嶺土經煅燒后得到的偏高嶺土為前驅體，低溫(90～110℃)、快速(8～12h)、少量模板劑(模板劑：SiO₂＝0.1～0.15)及小液固比(50)來制備大比表面積介孔材料的方法，目的在于從酸浸取偏高嶺土入手，提高偏高嶺土中鋁的溶出率，制備Si/Al比盡可能大的前驅體，再通過機械力化學作用提高前驅體表面活性，進而制備比表面積800～1200m²/g的介孔材料。

本發明提出的使用少量表面活性劑、低溫、快速制備大比表面積介孔材料的方法，是以煤系高嶺土經煅燒后得到的偏高嶺土為前驅體，以陽離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為模板劑，經過水熱反應合成大比表面積介孔材料。具體步驟為：煤系高嶺土經破碎、漂洗除雜、干燥、超細粉磨、磁選后，高溫煅燒2h得到偏高嶺土，偏高嶺土經一定濃度酸浸取后得到前驅體，前驅體經機械力化學作用一定時間，與硅酸乙酯、模板劑、氫氧化鈉、水按一定比例混合，攪拌均勻得到凝膠，再將凝膠置于反應釜中水熱反應(90～110℃，8～12h)，反應結束后產物經洗滌、干燥，再經中溫煅燒一定時間去除模板劑后得到比表面積800～1200m²/g的大比表面積介孔材料。

附圖說明

附圖1為介孔材料透射電子顯微鏡照片。可看出清晰的無定形六方孔道，孔分布均勻且致密，同N₂吸附孔徑分布結果一致，介孔材料孔徑主要集中在3.82nm左右。

附圖2為介孔材料氮吸附脫附等溫線。可以看出曲線屬于langmuir?IV型吸附曲線，典型的介孔結構吸附特征曲線。在低分壓段，吸附量隨著P_s/P₀緩慢增加，在P_s/P₀＝0.2～0.4，吸附量陡增，產生突躍，這是N₂在介孔內產生的毛細凝聚所致，吸附量的急劇增加表明產品內存在介孔結構且孔徑比較均勻，之后N₂分子吸附于外表面，曲線變化不大，較為平坦。后來緊接著又出現N₂由于顆粒間孔隙所造成的毛細管凝聚，不過吸附量變化較小，沒有劇增，只是弱有增加，曲線回滯環屬于H4型回滯環，表明介孔材料的孔道狹窄。

附圖3為介孔材料孔分布圖。附圖2與附圖1結果一致，顯示產品的孔徑屬于介孔范圍且孔徑比較集中。根據BJH法計算的孔徑分布在3.82nm出現峰值。

附圖4為介孔材料傅立葉紅外轉換光譜。其中458cm^-1表征介孔材料結構中Si-O彎曲振動，1080cm^-1表征Si-O伸縮振動，1229cm^-1表征Si-O-H振動，966cm^-1表征Si-OH振動，Si-O-H振動，Si-O彎曲振動、Si-O伸縮振動、Si-OH振動為介孔材料的特征結構。

具體實施方式

本發明的主要工藝流程為硬質煤系高嶺土-破碎-漂洗除雜-干燥-超細粉磨-磁選后-高溫煅燒-酸浸取-前驅體-機械力化學作用-各組分混合-水熱合成(90～110℃，8～12h)-洗滌-干燥-煅燒-大比表面積介孔材料。