[發(fā)明專利]天然火山灰合成納米沸石分子篩功能材料的制備及應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103303939A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐芳;羅敏;王逸凡
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C01B39/02
• 分類號: C01B39/02;B82Y30/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米功能材料，具體地，涉及一種基于天然火山灰合成納米沸石分子篩功能材料的制備及應(yīng)用。

背景技術(shù)

納米沸石分子篩骨架基本構(gòu)成單元為硅氧(SiO₄)四面體和鋁氧(AlO₄)四面體，其均勻的孔道結(jié)構(gòu),豐富的離子交換位點，使其擁有優(yōu)異的吸附、催化性能。但由于目前傳統(tǒng)上多利用有機模板劑合成無機納米沸石分子篩材料,有機胺（氨）有機模板劑成本昂貴，具有明確毒性，在相關(guān)分子篩材料制備過程形成嚴(yán)重的環(huán)境污染負荷，同時，相應(yīng)合成得到的分子篩材料需要經(jīng)高溫煅燒過程以完全分解去除可能殘留的有機胺（氨）模板劑。

最近，基于優(yōu)勢天然礦物資源所含有的特定組成成分，通過無模板劑水熱合成法制備具有納米有序結(jié)構(gòu)的沸石分子篩功能材料，可以顯著降低成本，符合“現(xiàn)代綠色低碳”理念，受到相關(guān)領(lǐng)域密切關(guān)注。曾有研究者以題為“Synthesis?of?Zeolite?of?Type?A?from?Bentonite?by?Alkali?Fusion?Activation?Using?Na2CO3”的研究論文發(fā)表在“Ind.Eng.Chem.Res”（工業(yè)工程化學(xué)研究，2010年，49卷第2期，頁碼454-458，作者：Hongchao?Ma,Quantong?Yao,Yinghuan?Fu,Chun?Ma,Xiaoli?Dong），工作中采用天然膨潤土作為天然礦物資源，根據(jù)其化學(xué)組成結(jié)構(gòu)，額外加入鋁氧化物后，在高溫熔融條件下，反應(yīng)制備得到納米A沸石功能材料。相應(yīng)技術(shù)過程，盡管避免有機模板劑使用，但根據(jù)所選擇的膨潤土天然礦物資源有效化學(xué)成分，在反應(yīng)介質(zhì)中需要補充加入鋁氧化物成分，同時熔融高溫反應(yīng)條件需要特定的設(shè)備防護和能源消耗。

值得指出的是，我國境內(nèi)長白山等地區(qū)擁有豐富的天然火山灰資源，儲量約為十億噸。天然火山灰是火山噴發(fā)時隨同熔巖一起噴發(fā)的大量熔巖碎屑和粉塵，沉積在地表面或水中形成松散或輕度膠結(jié)的物質(zhì)，相應(yīng)結(jié)構(gòu)中主要含有適宜的的無機硅氧化物、鋁氧化物有效化學(xué)成分，可以完全滿足合成制備納米尺度沸石分子篩所需。但迄今為止，國際上尚無有關(guān)基于天然火山灰礦物資源，在無模板劑反應(yīng)合成體系條件下，快速轉(zhuǎn)化合成納米沸石分子篩功能材料的工作報道。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于優(yōu)勢天然礦物資源火山灰化學(xué)組成，通過水熱合成過程低成本制備納米沸石分子篩功能材料的技術(shù)，相應(yīng)制備得到的納米沸石分子篩功能材料吸附去處水體中總磷，效果滿意。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種天然火山灰合成納米沸石分子篩功能材料的制備方法，該方法首先配制氫氧化鈉溶液，后取氫氧化鈉溶液同經(jīng)預(yù)處理的天然火山灰材料充分混合后，投加到反應(yīng)釜中，進行水熱晶化合成反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過清洗、干燥過程后，得到具有多孔有序結(jié)構(gòu)的納米沸石分子篩材料。

具體的，所述制備方法包括以下步驟：

（1）天然火山灰預(yù)處理過程：稱取天然火山灰，用去離子水充分振蕩清洗后，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)90-100℃下加熱烘干，機械粉碎，過篩，儲存?zhèn)溆茫?/p>

所述步驟（1）具體為：稱取天然火山灰置于去離子水中，天然火山灰與去離子水的用量之比為1:1，即1kg/1L，在搖床上150-200r/min振蕩3-5小時后，傾出上清液，后重復(fù)加入去離子水清洗，如此反復(fù)清洗5-8次，瀝干后置于電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)100℃烘干3-5h，后機械粉碎，過200目篩，儲存在自封袋中待用。

（2）配制氫氧化鈉反應(yīng)介質(zhì)溶液：根據(jù)反應(yīng)情況選用以下兩種堿性反應(yīng)介質(zhì)中的任一種：

(a)氫氧化鈉反應(yīng)介質(zhì)溶液(氫氧化鈉溶液濃度為4-8mol/L)：稱取8-16g氫氧化鈉固體于燒杯中，添加入50ml去離子水后攪拌至氫氧化鈉固體完全溶解，溶液澄清透明，后準(zhǔn)確定容，得到4-8mol/L的氫氧化鈉溶液待用。

(b)氫氧化鈉-乙醇堿性混合反應(yīng)介質(zhì)溶液：取適當(dāng)體積、濃度的（a）中所得氫氧化鈉溶液，分別加入適宜體積無水乙醇3-5mL，用玻璃棒充分攪拌后待用。

（3）基于天然火山灰水熱合成納米沸石分子篩

取1.5-3.0g經(jīng)步驟（1）處理所得的天然火山灰粉末和經(jīng)步驟（2）配制所得的（a）氫氧化鈉堿性介質(zhì)溶液或(b)氫氧化鈉-乙醇混合堿性介質(zhì)溶液加入到反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜置于鼓風(fēng)干燥箱，使天然火山灰與相應(yīng)堿性溶液在120-180℃下進行水熱合成反應(yīng)48-96h。

（4）相應(yīng)納米沸石分子篩產(chǎn)物的清洗過程

取出經(jīng)步驟（3）反應(yīng)所得的改性火山灰于離心管中，后用去離子水反復(fù)浸洗，至浸出液為中性。