[發(fā)明專利]一種利用煤矸石和稻殼制備X型沸石的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010876400.4
• 申請(qǐng)日: 2020-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111943223B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯浩波;李逸馨;王豪杰;李徐立;李嘉豪;陳方遠(yuǎn);李禾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B39/22
• 分類號(hào): C01B39/22
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種利用煤矸石和稻殼制備X型沸石的方法，該方法是將稻殼和煤矸石依次經(jīng)過(guò)烘干、混和、粉磨、過(guò)篩、燃燒，得到煤矸石和稻殼混燒灰；將煤矸石和稻殼混燒灰與氫氧化鈉溶液混和反應(yīng)后，進(jìn)行陳化和結(jié)晶處理，即得大粒徑，且具有多面體晶體結(jié)構(gòu)的X型沸石，該方法不但利用稻殼作為生物質(zhì)燃料來(lái)改善煤矸石的燃燒性能，為促進(jìn)煤矸石中的高嶺土向偏高嶺土轉(zhuǎn)化提供熱量，減少了傳統(tǒng)煤矸石制備沸石煅燒所需的能耗，而且可以充分利用稻殼灰中的活性硅來(lái)調(diào)節(jié)獲得X型沸石的硅鋁比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種沸石的制備方法，特別涉及一種利用大宗工業(yè)固體廢物煤矸石和生物質(zhì)稻殼制備附加值較高的X型沸石的方法，屬于固體廢物資源化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

X型沸石是一類具有八面沸石(FAU)骨架結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，硅鋁摩爾比(n(Si)/n(Al))為1～1.5，在催化、吸附領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。沸石的合成需要用到化學(xué)試劑硅酸鈉、鋁酸鈉等，生產(chǎn)這些化學(xué)藥品的過(guò)程也要耗能，因此尋找廉價(jià)且易得的原料來(lái)合成沸石分子是很重要的。

煤矸石是采煤過(guò)程中排出的一種含碳量較低的巖石，堆存量大，影響環(huán)境。高嶺土質(zhì)煤矸石具備很好的硅鋁元素，很多研究者從工藝條件及路線方面進(jìn)行改進(jìn)，推動(dòng)了煤矸石為原料制備沸石，已經(jīng)合成了NaA、NaX、NaY沸石等。主要的制備方法有：水熱合成法、堿熔法、堿溶法等。現(xiàn)有的文獻(xiàn)大多通過(guò)煅燒來(lái)活化煤矸石，在一定溫度下，煤矸石內(nèi)的高嶺土可以轉(zhuǎn)變成更具活性的偏高嶺土，大大縮短了沸石形成的時(shí)間。但是煤矸石本身熱值大概在1300kcal/kg，在現(xiàn)有技術(shù)中并未將煤矸石自身的熱值得到充分利用。稻殼是一種農(nóng)業(yè)廢棄物，每年產(chǎn)量巨大，不易快速分解，露天燃燒易造成空氣污染，最直接的利用方式就是作為燃料，稻殼燃燒的產(chǎn)物主要是SiO₂，一般含量都超過(guò)80％。目前，還沒(méi)有利用稻殼灰中的硅源用于沸石合成的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中煤矸石制備沸石存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是在于提供一種利用煤矸石跟稻殼作為原料通過(guò)混和燃燒、燒堿激發(fā)活化等工藝步驟制備純度較高，結(jié)晶性好的X型沸石的方法，該方法不但利用稻殼作為生物質(zhì)燃料來(lái)改善煤矸石的燃燒性能，為促進(jìn)煤矸石中的高嶺土向偏高嶺土轉(zhuǎn)化提供熱量，減少了傳統(tǒng)煤矸石制備沸石煅燒所需的能耗，而且可以充分利用稻殼灰中的活性硅來(lái)調(diào)節(jié)獲得X型沸石的硅鋁比。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種利用煤矸石和稻殼制備X型沸石的方法，該方法包括以下步驟：

1)將稻殼和煤矸石依次經(jīng)過(guò)烘干、混和、粉磨和過(guò)篩，得到混和粉末原料；

2)將混和粉末原料進(jìn)行燃燒，得到煤矸石和稻殼混燒灰；

3)將煤矸石和稻殼混燒灰與氫氧化鈉溶液混和反應(yīng)后，進(jìn)行陳化和結(jié)晶處理，即得。

本發(fā)明的技術(shù)方案，關(guān)鍵在于將大宗工業(yè)固體廢物煤矸石和生物質(zhì)稻殼進(jìn)行搭配協(xié)同處理，獲得具有較高利用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的X型沸石。稻殼的引入為提高煤矸石本身熱值和硅鋁成分的利用率有重要作用，一方面，稻殼作為生物質(zhì)燃料來(lái)改善煤矸石的燃燒性能，可以充分釋放煤矸石本身的熱值，為促進(jìn)煤矸石中的高嶺土向偏高嶺土轉(zhuǎn)化提供熱量，減少了傳統(tǒng)煤矸石制備沸石煅燒所需的能耗，另一方面，稻殼經(jīng)過(guò)燃燒后灰渣中主要是高活性的二氧化硅，可以提高與堿液的水化反應(yīng)活性以及來(lái)調(diào)節(jié)煤矸石的硅鋁比，有利于獲得X型沸石，第三方面，稻殼灰中的活性硅可以誘導(dǎo)沸石生長(zhǎng)成大粒徑、多面體沸石形貌。

作為一個(gè)優(yōu)選的方案，煤矸石與稻殼的質(zhì)量百分比組成為：20％～30％:70％～80％。為了充分利用煤矸石中的硅鋁成分及本身包含的熱值，煤矸石與稻殼的比例最好是控制在合適的范圍內(nèi)。如果煤矸石質(zhì)量比例過(guò)高，則熱值降低，燃燒性能差，且硅鋁比不合適也得不到純度較高的X型沸石，如果煤矸石質(zhì)量比例過(guò)低，達(dá)不到充分利用煤矸石中硅鋁成分的效果，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致硅鋁比變化不利于生成純度較高的X型沸石。