[發明專利]以南方紅壤為原料的一種沸石分子篩材料低溫綠色合成方法

在審

• 申請號: 201911329320.0
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111099608A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 陳洪;羅思媛;汪逸民
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: C01B39/02
• 分類號: C01B39/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種利用紅壤制備方沸石的低溫綠色合成方法，屬于環境生態材料的化工制備技術領域。該沸石材料的制備方法如下：以紅壤為反應原料，直接采用水熱法制得高結晶性的單一晶相方沸石產品。本發明采用南方天然土壤為原料，成本低廉；工藝流程簡便，易于工業化；合成步驟不涉及高溫流程，工藝路徑節能環保；所制備的沸石產品具有單一的方沸石晶相，晶粒粒徑尺寸約80～90μm。

技術領域

本發明涉及一種利用紅壤合成方沸石的方法，屬于環境生態材料的化工制備技術領域。

背景技術

方沸石是常見的鈉鋁硅酸鹽沸石材料。天然方沸石具有良好的吸附性能、離子交換性能和催化性能。方沸石晶體結構內部存在微孔，可以作為離子、分子篩對原子直徑小于的重金屬離子如Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Fe³⁺等進行選擇吸附，用于此類金屬的提取、熔煉及廢水凈化。此外，方沸石還可用于處理含氟廢水，用于去除水體中的氟離子，并且使用過的方沸石可經再生處理后，重復使用。然而，天然方沸石儲量稀缺，除1998年在內蒙古鄂前旗發現的方沸石礦體以外，其他地區方沸石儲量小，品味低，工業利用價值低。因此，人工合成結晶性好，且純度高的方沸石具有重要的工業應用價值。

發明專利CN 101514010A公開了一種絲光沸石/β沸石/方沸石多孔共生材料及其制備方法，但其成分以絲光沸石和β沸石含量居多，方沸石含量偏低。發明專利CN106672993A 公開了一種絲光沸石與方沸石的共生沸石及其制備方法，其獲得產物兩種物相混雜，不是單一晶相的產物。

目前人工合成方沸石的傳統方法主要是使用化工生產的硅和鋁化學品為原料，通常以高溫堿活化之后，通過水熱處理得到方沸石產品。發明專利CN 103046111A公開了一種用粉煤灰制備納米方沸石的方法。該制備方沸石的方法在低溫晶化之前涉及高溫(500～850℃) 堿活化流程，對能源消耗較大。發明專利CN 106672991A公開了一種納米級方沸石的制備方法。其在制備過程中加入了昂貴的有機中間體1-甲基吡咯烷，并且需要通過高溫焙燒 (550℃)的方法去除有機中間體，其制備流程繁瑣，能量消耗高。

紅壤主要分布于非洲、亞洲、大洋洲及南美洲、北美洲的低緯度地區。在中國，紅壤主要分布于中亞熱帶濕潤地區，包括江西、廣東、四川、浙江、安徽、江蘇等地區，屬于中度脫硅富鋁化的鐵鋁土。它的成分以高嶺土為主，一般可占粘粒總量的80％～85％，赤鐵礦占5％～10％。由于高嶺土化學式為Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O，與方沸石化學組分相似，因此紅壤可作為制備沸石的天然原料。發明專利CN 104445249A公開了一種利用偏高嶺土合成方沸石塊體材料的方法。但是該發明使用的是市面上銷售的偏高嶺土。偏高嶺土是以高嶺土為原料，經高溫(600～900℃)脫水形成，能耗相對較高。此外，該發明公開方法所制備的方沸石塊體材料，經由X射線粉末衍射分析，其包含方沸石、方鈉石、鈉菱沸石、石英多個晶相，并非單一晶相的產物。

發明內容

本發明的目的是提出一種利用紅壤合成方沸石的方法。

為達到上述目的，本發明以資源豐富、成本低廉的南方紅色土壤作為主要原料，通過常溫堿活化，水熱處理后得到單一方沸石晶相的產物。在制備原料上，該方法沒有使用沸石晶種、有機模板劑、鋁源以及高價硅源；在制備技術上，該方法沒有涉及高溫堿活化和高溫焙燒的處理流程；該方法制備成本低，適用于工業化生產。操作步驟如下：

(1)將紅壤原料自然風干，研磨后過篩，用純水洗滌，放入80℃烘箱烘干，之后過篩，前處理完成；

(2)使用分析天平稱取前處理過的紅壤、硅源和堿，加入水混合，硅與鋁的摩爾比例為(6–18)：1，堿與鋁的摩爾比例為(14–40)：1；水的加入量是上述紅壤、硅源、堿合計質量的300％–500％。混合攪拌速度400–800r/min,攪拌時間為1–24小時，得到反應前驅體；