[發明專利]一種鐵系元素微孔分子篩和制備方法及應用

有效

• 申請號: 201710464345.6
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107265475B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 趙煜;胡麗;楊冬花;王杰;馬存存;王改;薄瓊
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01B39/06
• 分類號: C01B39/06;C25B1/04;C25B11/06;C02F3/00
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 茹牡花

本發明涉及一種鐵系微孔分子篩的制備方法，是針對水環境污染和能源短缺的情況，以硅溶膠、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉、鐵系元素對應的硝酸鹽為原料，采用導向劑法，經恒溫箱加熱、晶化、淬冷、抽濾、干燥、焙燒，最終合成鐵系元素微孔分子篩。合成的鐵系微孔分子篩晶粒直徑均1?2μm，產物純度達96％，將其用于微生物電解池處理焦化污水的陰極析氫催化材料，結果表明，同一條件下對比Pt電極，含鈷微孔分子篩產氣量為Pt電極的80.88％，含鎳微孔分子篩產氣量相對Pt電極的提高了48.53％。

技術領域

本發明屬于污水處理技術領域，具體涉及一種鐵系元素微孔分子篩和制備方法及應用。

背景技術

近年來，能源短缺成為了人們面臨的一大難題。微生物電解池(MEC)利用微生物分解污水中的有機物同時在陰極析出氫氣，不僅在一定程度上解決了水環境污染的問題，同時也為解決能源問題提供了新方向。

為提高產氫效率，對于MEC研究的熱點主要集中在陰極材料的選擇和優化。傳統的陰極材料包括Pt陰極催化劑、不銹鋼陰極、生物陰極材料、鎳金屬陰極催化劑及納米陰極催化劑等。

Pt電極因其較低的產氫過電勢、良好的導電性能被廣泛用作陰極催化劑，但由于焦化廢水中常含有硫元素，Pt在使用過程中易中毒，并且會對環境造成二次污染，違背了MEC制氫的節能、環保的初衷。

鐵系元素作為非貴金屬，價格較Pt金屬低廉，且常用于催化析氫。專利CN101220484提出了在Ni基體上通過熔鹽電解獲得La基儲氫合金，之后再水溶液中電沉積Ni基合金，制成了LaNi_x/Ni-S等陰極析氫材料。但是電鍍液中會殘留多余的金屬離子，廢棄后會造成水污染等問題，此外，通過電沉積方法制備的電極材料質地緊密，比表面積較小，不利于降低析氫過電位。

專利號CN103290425A研究了以馴化好的微生物作為MEC的陰極材料，但是其存在陰陽極微生物馴化操作繁瑣、馴化周期較長且活性較難控制等缺點，不能確保穩定且高效的產氫。

微孔分子篩是一種多孔硅酸鹽材料，合成原料低廉且無污染，具有二維、三維孔道，特殊的籠結構，較大的比表面積和熱穩定性等特點，常被作各類化學反應的催化劑或催化劑載體。微孔分子篩制備的方法通常有水熱法、氣相法和導向劑法等。采用水熱法合成分子篩，該方法中需要加入大量的水，使投料的轉化率降低，浪費了大量資金；采用氣相法合成各種沸石，固體反應物置于反應釜上方的篩網上，在水蒸氣或者有機物與水蒸氣的氛圍中發生反應，但是此方法的反應容器結構復雜，操作不夠簡便；利用導向劑法，導向劑提供少量晶核，能夠縮短晶化時間，快速合成分子篩。

目前微生物電解池陰極材料存在價格昂貴、比表面積較小、制備過程繁瑣等缺點。利用導向劑法快速、有效合成鐵系元素微孔分子篩，兼具鐵系元素催化析氫的活性與微孔分子篩的高比表面積及水熱穩定性，不僅清潔、低廉，還提高了氫氣產量。

發明內容

本發明的目的是解決現有鐵系元素微孔分子篩和制備方法存在合成時間較長、廢液污染環境的技術問題，以及處理焦化廢水同步產氫的微生物電解池的陰極材料存在成本昂貴和比表面積小等技術問題，提供一種鐵系元素微孔分子篩和制備方法及應用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種鐵系元素微孔分子篩，其化學分子式為：

Na_67.56[R_14.64Al_38.32Si_139.05O₃₈₄]·264H₂O,

所述R為鈷或鎳元素。

一種制備所述鐵系元素微孔分子篩的方法，包括以下步驟：

1)導向劑的合成

①導向劑凝膠的配制