[發(fā)明專利]利用工業(yè)廢棄物定向制備的人工沸石及其制法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510362911.3
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN105036150A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 解強;張子偉;姜曉琳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
• 主分類號: C01B39/02
• 分類號: C01B39/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料制備領(lǐng)域，主要涉及吸附材料制備領(lǐng)域，具體涉及利用工業(yè)廢棄物定向制備的人工沸石及其制法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

工業(yè)固體廢棄物，是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種廢渣、粉塵及其他廢物。根據(jù)國家環(huán)境保護(hù)部資料，2013年我國工業(yè)固體廢棄物年產(chǎn)生量超過32.77億噸，其中粉煤灰產(chǎn)生量4.6億噸、占14.8％，煤矸石產(chǎn)生量3.8億噸、占12.3％，冶煉廢渣產(chǎn)生量3.7億噸，占11.8％(中國環(huán)境保護(hù)部：http://zls.mep.gov.cn/hjtj/nb/2013tjnb/201411/t20141124_291866.htm)。工業(yè)固體廢棄物數(shù)量巨大、成分復(fù)雜，既占用大量土地，也給周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。當(dāng)前，我國工業(yè)固體廢棄物主要用于建筑材料(水泥、混凝土等)、農(nóng)業(yè)(肥料、土壤改良劑)及道路工程等低技術(shù)含量、低附加值的利用。沸石具有獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于催化、吸附及離子交換過程，在環(huán)境治理中也得到應(yīng)用，需求量逐年提高。自然條件下天然沸石生成速度慢、性能差且數(shù)量有限；工業(yè)合成沸石主要采用Al(OH)₃等工業(yè)原料，成本昂貴、工藝復(fù)雜且難以規(guī)模化生產(chǎn)。粉煤灰、煤矸石、高爐渣等工業(yè)固體廢棄物與沸石的硅、鋁組成上的相似，為其作為原料制備人工沸石提供了可能。

迄今，已有較多以粉煤灰、煤矸石為原料，采用堿熔融法、水熱合成法等制備人工沸石的報道，對合成工藝參數(shù)的影響、優(yōu)化也有深入細(xì)致的研究工作及成果。但是，多以單種工業(yè)固體廢棄物為原料制備沸石，有時為合成某一特定晶型的沸石，則往往通過添加化工原料的方式調(diào)配合成體系的硅鋁比。如申請?zhí)枮?00910021323.8的專利通過添加硅酸鈉和氧化鋁調(diào)節(jié)粉煤灰堿熔融前混合料的硅鋁比(CN101486470B)；申請?zhí)枮?1126843.3的專利在煤矸石堿熔融前加入氫氧化鋁調(diào)節(jié)混合體系硅鋁比(CN1346794A)；申請?zhí)枮?01010537508.7的專利采用原料堿熔融后加入硅鋁源調(diào)節(jié)硅鋁比(CN102107878B)。盡管也有利用多種固廢為原料配合制備人工沸石的少量報道，如申請?zhí)枮?01310130688.0的專利中以循環(huán)流化床鍋爐粉煤灰和底灰混合水熱制備沸石(CN103204518B)；申請?zhí)枮?01010511239.7的專利中采用不同混合比例的低鈣和高鈣粉煤灰制備沸石(CN102219233B)；陳莉榮等(陳莉榮,張娜,杜明展等.煤矸石沸石吸附氨氮廢水試驗研究[J].工業(yè)水處理,2014，34(7)：45-47)以煤矸石和高爐渣混合料制備沸石，另外，王海龍(王海龍,徐中慧,吳丹丹等.粉煤灰兩步水熱法制備人工沸石[J].化工環(huán)保,2013,33(3):272-275)、陳曉燕(陳曉燕,李江麗,王行等.粉煤灰合成沸石過程溶解性機理及吸附潛能研究[J],硅酸鹽通報,2011,30(2):435-441)等采用ICP-AES研究了粉煤灰中可溶出硅、鋁，但這些既不是研究在水熱合成沸石的工藝條件下粉煤灰中硅、鋁的溶出，也缺乏對粉煤灰硅、鋁溶出規(guī)律及工藝參數(shù)的優(yōu)化，檢測方法對儀器要求高、測試成本高、耗時長。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明人銳意研究后發(fā)現(xiàn)：工業(yè)固廢中只有在沸石水熱合成條件下能溶解出的硅、鋁才能參與合成沸石，而現(xiàn)有技術(shù)未研究工業(yè)固體廢棄物原料中可溶出或可利用的硅、鋁含量，導(dǎo)致盡管復(fù)配了固廢原料，但不能精確調(diào)節(jié)硅鋁比，需要很長時間摸索工藝條件，沒有定向合成沸石吸附劑的能力。

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：(1)現(xiàn)有研究不能精確調(diào)節(jié)硅鋁比，沒有定向合成沸石吸附劑的能力；(2)現(xiàn)有研究對原料要求苛刻，一般要求原料中二氧化硅和三氧化二鋁組分含量總和超過80％。

本發(fā)明的目的是：以一種或多種工業(yè)固體廢棄物為原料，基于所建立的簡單、快速但準(zhǔn)確的測定水熱合成條件下工業(yè)固體廢棄物中可溶出硅、鋁含量的方法，測定各種工業(yè)固體廢棄物在優(yōu)化的沸石水熱合成條件下可溶出硅、鋁含量，精確調(diào)配硅鋁比，定向制備系列人工沸石吸附劑產(chǎn)品。該技術(shù)和系列產(chǎn)品既可綜合利用大宗工業(yè)固體廢棄物、變“廢”為寶解決其存放環(huán)境污染問題，又可定向制備人工沸石應(yīng)用廣、價值高，環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益并舉。

本發(fā)明所述的“定向”是指：以人工沸石應(yīng)用為導(dǎo)向，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)沸石所需的不同的硅鋁比，結(jié)合原料中硅鋁溶解量，有目的地調(diào)節(jié)原料比例，最大限度節(jié)約材料，降低成本，提高沸石產(chǎn)率。