[發明專利]一種利用蛋白石頁巖制備4A沸石分子篩的方法及其除氮應用

有效

• 申請號: 202110276321.4
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113019315B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 孔令超;徐嘉玉;閻沁琳;鄭春苗;李晶
• 申請（專利權）人: 深圳市南科環?？萍加邢薰?/a>
• 主分類號: B01J20/18
• 分類號: B01J20/18;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/16
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理有限公司 11613
• 代理人: 齊勝杰

本發明涉及一種利用蛋白石頁巖制備4A沸石分子篩的方法，包括如下步驟：S1：將蛋白石頁巖加入強堿溶液中，攪拌均勻，得到混合溶液A。S2：將偏鋁酸鈉溶液加入步驟S1得到的混合溶液A中，攪拌均勻，得到混合溶液B。S3：將步驟S2得到的混合溶液B置于反應釜，進行水熱反應，得到渾濁液。S4：將步驟S3完成反應的渾濁液進行離心，棄去上清液，得到沉淀物。S5：將步驟S4得到的沉淀物烘干，得到4A沸石分子篩。本發明利用廉價易得、高二氧化硅含量的蛋白石頁巖，在堿性環境下采用水熱法合成4A沸石分子篩，避免了傳統方法中價格昂貴的酸處理步驟，避免了廢酸液的產生。同時，本發明未使用導向劑，流程簡單，價格低廉。

技術領域

本發明屬于污水脫氮功能材料技術領域，具體涉及一種利用蛋白石頁巖制備4A沸石分子篩的方法及其除氮應用。

背景技術

近年來，隨著工業的進步與技術的發展，工業規模日益擴大，各種資源大量使用，促進社會發展的同時也造成了環境破壞與水體污染。農田施肥不當、工業廢水排放等原因造成水體富營養化，水中的以氨氮為首的各種污染物嚴重影響了生態環境與人體健康，對人們的生活質量與用水安全產生威脅。水是人類生存的基礎，采取措施改善水環境，治理水體污染是環境保護領域中非常迫切的任務。利用現代技術研制新型功能材料治理水污染已成為材料學科新的研究熱點。

目前，吸附法是一種常用且有效的水體凈化方法，它以多孔性材料為吸附劑，通過離子交換、靜電吸附和絡合等過程將水中污染物轉移到吸附劑上，以達到去除污染物的目的。吸附法具有水處理效果良好、操作簡便等優點，其中應用最廣泛的吸附劑是活性炭，其具有比表面積大、活性高的優點，可以對空氣和水中的各類物質進行高效吸附。然而，活性炭的機械強度不高，在使用中容易破碎而造成碳粉塵的二次污染，而且活性炭以物理吸附為主，對水中特征離子態污染物不具備吸附選擇性，對氨氮一類的水體污染物吸附效果較差。因此人們試圖用自然界中其他具有吸附性的多孔性礦物來替代活性炭。其中4A分子篩具有獨特的陽離子交換性、吸附選擇性和催化性能，已經被用作吸附劑來開發利用。人工合成的分子篩通常采用硅酸鈉等工業原料，但這種硅源材料成本高昂，因此近年來研究者嘗試采用低成本礦物材料合成4A沸石。沈耀生等人2019年發表《利用高嶺土制備4A分子篩》中，介紹了一種制備4A分子篩的方法，即將高嶺土煅燒脫羥轉化為偏高嶺土，在堿性條件下水熱合成沸石。申請號為201410485158.2的發明專利公開了一種用粉煤灰制備4A沸石的方法，將粉煤灰用酸性溶液洗滌，再在堿性條件下高溫煅燒，冷卻結晶得到性能較高的4A沸石。楊洋等人2014年發表的論文《4A分子篩合成研究》中，介紹了用高嶺土和凹凸棒石為原料，采用傳統的水熱法合成4A分子篩。以上方法中所用高嶺土、粉煤灰、凹凸棒石等礦物材料均需要經過酸處理，而酸熱預處理則導致成本增加及產生大量廢酸液的二次污染問題。因此，亟待尋找低成本、高效的4A沸石分子篩合成方法。

蛋白石頁巖是我國優勢礦產資源，主要產于我國黑龍江嫩江流域與新疆北屯地區，由火山爆發形成的火山灰在空氣中灼燒成細小熾熱體后落入湖底沉積而成，礦物成分為非晶態蛋白石頁巖及少量黏土。蛋白石頁巖獨特的形成方式使其具有疏松多孔、頁狀層理、粒度細小且均勻的特征，是用于吸附的良好材料。李青山等人于2003年在《嫩江蛋白石輕質頁巖及在高分子材料中的應用》一文中首次報道嫩江蛋白石頁巖，文中稱“蛋白石頁巖礦石呈灰色泥質結構，微層理構造、質地輕、硬度低、均勻粒狀易碎；具有孔隙度高、吸水性強、吸附性好等特點。”然而，目前關于嫩江蛋白石頁巖的研究較少，尚未尋找到明確的工業應用領域。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術中存在的以硅酸鈉作為原料合成4A沸石分子篩造成的成本高、生產過程中酸熱預處理導致的成本增加以及產生大量廢酸污染物的問題，本發明提供一種利用蛋白石頁巖制備4A沸石分子篩的方法。

另一方面，本發明還提供一種根據上述方法制備得到的4A沸石分子篩在除氨氮方面的應用。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：