[發明專利]一種基于粉煤灰制備ZSM-5分子篩的方法

有效

• 申請號: 202010694786.7
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111646486B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 陳博;刁智俊;曹瑞棟
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: C01B39/40
• 分類號: C01B39/40
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 江莉莉

本發明屬于固體廢物資源化領域，具體涉及一種以工業固體廢物粉煤灰為原料，直接合成ZSM?5分子篩的方法。本發明上述基于粉煤灰制備ZSM?5分子篩的方法，以工業固體廢物粉煤灰為原料，無需經過任何酸處理或堿處理，不需添加任何活化劑類物質進行前處理，也不需任何提鋁提硅的預處理操作，僅通過加入模板劑和硅源材料形成干膠，進一步經過蒸汽結晶處理及高溫煅燒方式，直接合成所需ZSM?5分子篩。整個工藝合成步驟簡單，操作條件溫和，具有環境友好、可操作性強、重現性高的優勢，實現了粉煤灰的高值利用，適宜于工業推廣。

技術領域

本發明屬于固體廢物資源化領域，具體涉及一種以工業固體廢物粉煤灰為原料，直接合成ZSM-5分子篩的方法。

背景技術

ZSM-5沸石是美國Mobile oil公司于上個世紀六十年代末合成出來的一種含有機胺陽離子的水合硅鋁酸鹽新型沸石分子篩，具有硅鋁比變化范圍大、水熱穩定性好等特點。由于它在化學組成、晶體結構及物化性質方面具有許多獨特性，在很多有機催化反應中顯示出了優異的催化效能，被廣泛應用于化工及環保等行業。但是，由于合成ZSM-5沸石所需的硅源和鋁源材料的價格較為昂貴，導致ZSM-5分子篩成本偏高，經濟性偏低。

粉煤灰是一種煤燃燒后殘留的工業固體廢棄物，不僅嚴重污染土壤、水體和空氣，并且隨著其排放量逐年增加，環境壓力日益增大。現有粉煤灰的處理再利用主要是被當作建筑材料添加劑，產品附加值極低。而鑒于粉煤灰的主要組成是SiO₂和Al₂O₃，使其成為制備ZSM-5分子篩額可行性原料。

如中國專利CN108892151A公開了一種粉煤灰ZSM-5分子篩，其通過將粉煤灰與無水碳酸鈉混合焙燒后，經溶解并和無水碳酸鈉以及水和氫氧化鈉混合后，補加硫酸鋁、模板劑、硅溶膠，進一步輔助后續晶化后制備得到ZSM 5分子篩。又如中國準李CN109205641A公開了一種以粉煤灰為原料制備ZSM-5分子篩的方法，其通過將粉煤灰經酸化處理后的固體物作為原料直接制備得到ZSM 5分子篩。又如中國專利CN110156044A公開了一種無鈉粉煤灰基ZSM-5分子篩的制備方法，首先將粉煤灰球磨后用馬弗爐充分煅燒活化，然后加入一定量的蒸餾水和鹽酸，經水熱反應后得到酸洗粉煤灰，進一步外加硅源和模板劑經水熱反應，得到ZSM 5分子篩。

但是，上述基于粉煤灰制備ZSM-5分子篩的方法，粉煤灰均需要經過酸堿處理以提鋁提硅，或者需要添加其它固體物料進行混熔，才能進一步通過水熱結晶合成ZSM-5分子篩，整個方法存在工藝復雜、反應條件苛刻、環境污染大等缺點，不適宜于大規模工業生產推廣。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于提供一種基于粉煤灰制備ZSM-5分子篩的方法，該方法中，粉煤灰無需經過酸堿處理，并不需添加任何活化劑類物質，不需任何提鋁提硅操作，可直接合成ZSM-5分子篩，具有合成步驟簡單、環境友好、操作條件溫和、可操作性強、重現性高的優勢；

本發明所要解決的第二個技術問題在于提供一種基于粉煤灰ZSM-5分子篩，所述ZSM-5分子篩結晶度高、形貌規整，同時實現了固體廢棄物粉煤灰的高值利用，具有廣闊的應用前景和顯著經濟效益。

為解決上述技術問題，本發明所述的一種基于粉煤灰制備ZSM-5分子篩的方法，包括如下步驟：

(1)取粉煤灰加水混勻，并加入模板劑和硅源材料充分混勻，備用；

(2)將所得混合物進行老化處理，并充分攪拌至物料形成干膠；

(3)將所得干膠粉碎，并進行蒸汽晶化處理，所得結晶樣品經洗滌并干燥；

(4)將干燥后樣品于500-600℃進行煅燒，即得所需ZSM-5分子篩。