[發明專利]一種煤矸石制備活性炭-沸石復合材料的方法

無效

• 申請號: 201410021973.3
• 申請日: 2014-01-18
• 公開（公告）號: CN103785353A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 張瑋
• 申請（專利權）人: 山西潞安礦業（集團）有限責任公司
• 主分類號: B01J20/18
• 分類號: B01J20/18;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花

技術領域

本發明涉及活性炭-沸石復合材料及其制備方法，具體涉及一種煤矸石制備活性炭-沸石復合材料及其制備方法，屬于功能材料領域，制備的活性炭-沸石復合材料用于吸附CO₂、N₂、CH₄。

背景技術

煤矸石產量占到煤炭開采量的10%左右，作為目前我國排放量最大的工業固體廢棄物之一，長期以來，由于沒有找到合理的利用途徑，煤矸石已經給人類社會造成嚴重危害。開展煤矸石綜合利用項目，不僅可以增加企業的經濟效益，減少土地壓占，而且可以改善煤礦產業結構和改善環境質量。因此，煤矸石的綜合利用始終是我省乃至我國資源綜合利用的重要研究內容之一，也是煤炭工業可持續發展面臨的一項重要任務。

近年來，煤矸石的開發利用途徑越來越多。如煤矸石作為燃料利用循環流化床技術發電，利用高溫活化硅鋁制造硅酸鹽水泥等，在一定程度上達到了廢物的減量化，但上述方式資源綜合利用率低，元素利用附加值不高，而且剩余的廢渣經雨水沖刷尤其是酸雨浸泡后會將其中的鋁等一些成分流入地下，對水體、土壤和生態環境造成危害。

?90年代中期，人們開始關注煤矸石中有效成分的再生利用，即化工利用。迄今為止國內外生產廠家普遍采用酸鹽聯合法從煤矸石中提取氧化鋁或其他鋁鹽，這些工藝隨著生產的工業化，許多弊端也開始顯現，如資源利用率不高，二氧化硅幾乎得不到利用；產品單一，附加值低；酸鹽聯合法成本高，生產過程容易造成二次污染。

發明內容

本發明克服現有技術的不足，所要解決的技術問題是提供了利用廢棄煤矸石制備高比表面積、高吸附活性的活性炭-沸石復合材料的方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：一種煤矸石制備活性炭-沸石復合材料的方法，包括以下步驟：

壓條成型，將煤矸石粉碎至200目以下，將煤矸石粉體與瀝青粉體充分混合，然后加入白炭黑充分混合，將混合物加水和成泥狀，壓條成型，于90℃下烘干；

碳化處理，將烘干后的壓條在氮氣氛圍下先在溫度450℃下保溫2h，然后在溫度850℃下保溫2h；

二氧化碳活化處理，將氮氣換成二氧化碳，在850℃下保溫24h，冷卻至室溫；

水熱晶化處理，將活化后的樣品與NaOH、KOH放入容器中，加入蒸餾水至NaOH、KOH完全溶解，并浸沒活化樣品，恒溫55-75℃保溫20-45h，攪拌速度300轉/分；然后停止攪拌，恒溫18-25℃靜置10-15h；再恒溫60-70℃靜置保溫40-55h；

將水熱晶化后的樣品用蒸餾水洗滌至pH值7-8，于90℃下烘干得到活性炭-沸石復合材料。

將經上述步驟制作的活性炭-沸石復合材料按照如下方法進行改性：將制備好的活性炭-沸石復合材料按固液質量比1:25-30浸入0.3mol/L的NH₄Cl溶液中，恒溫70℃保溫0.5h；之后用蒸餾水將Cl^—洗凈，在氮氣氛圍中與300℃下焙燒2h。

所述的一種煤矸石制備活性炭-沸石復合材料的方法，所用煤矸石粉體與瀝青粉體的質量比為1-3:1；總配料摩爾比為：

SiO₂/Al₂O₃=2-4.5，

H₂O/(NaOH+KOH)=8.5，

(?NaOH+KOH)/SiO₂=7，

KOH/(?NaOH+KOH)=0.3。

所述碳化處理的方法為：在氮氣氛圍下，以5℃/min的速率升溫至450℃并保溫2h，然后以5℃/min的速率升溫至450℃再保溫2h。

所述二氧化碳活化處理替換為水蒸氣活化處理，具體為碳化結束后繼續保持氮氣保護氛圍，活化溫度800-900℃，水蒸氣進料量0.5-2g/min，活化2-6h。

所述碳化處理和二氧化碳活化處理時氮氣和二氧化碳氣體的流量均為150ml/L。

所述煤矸石中有效組分含量為：SiO₂?55.1-57.6wt%，Al₂O₃?30.7-33.1wt%，TiO₂?1-1.25wt%。

所述瀝青粉體的焦化值為58.2%，軟點150℃，顆粒大小120目。

所述白炭黑SiO₂≥90%，pH值5.0-8.0，比表面積≥190m2/g，鐵含量≤1000mg/g，45μm篩選物小于等于0.5%。