[發(fā)明專利]一種煤矸石基分子篩及其堿熔融-水熱制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210630042.8
• 申請日: 2022-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN114988426A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康樂;劉思凡;易大偉;杜慧玲;杜嫻;師玉璞
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B39/02
• 分類號(hào): C01B39/02
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 王孝明

本發(fā)明提供了一種煤矸石基分子篩及其堿熔融?水熱制備方法，該制備方法將煤矸石粉體和氫氧化鈉混合研磨后進(jìn)行焙燒，制得堿熔融煤矸石；將堿熔融煤矸石、偏鋁酸鈉與水混合并攪拌均勻后，經(jīng)水熱反應(yīng)制得分子篩粗產(chǎn)物，分子篩粗產(chǎn)物依次經(jīng)過濾、洗滌和干燥后，制得煤矸石基分子篩。本發(fā)明的煤矸石基分子篩的堿熔融?水熱制備方法，以煤矸石粉體、氫氧化鈉和偏鋁酸鈉作為原料，結(jié)合堿熔融法和水熱法，能夠制得具有優(yōu)良結(jié)構(gòu)特性的煤矸石基分子篩。該制備方法簡化了分子篩的制備工藝，進(jìn)而提高了分子篩的合成效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及煤矸石資源化利用，具體涉及一種煤矸石基分子篩及其堿熔融-水熱制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟(jì)和時(shí)代的迅速發(fā)展，來自礦產(chǎn)開發(fā)和能源生產(chǎn)等行業(yè)的工業(yè)固體廢棄物激增，這些工業(yè)固體廢棄物的產(chǎn)量大、難儲(chǔ)存且難降解。煤炭作為世界上第二大主要能源，其在開采及利用過程中產(chǎn)生了大量以煤矸石為主的煤基固體廢棄物。煤矸石的累積量主要是由于煤炭的開采和利用活動(dòng)而增加的，目前其已經(jīng)成為煤礦工業(yè)的主要有害副產(chǎn)品。據(jù)報(bào)道，煤矸石的平均產(chǎn)量約為原煤產(chǎn)量的10～15％，目前中國的煤矸石存量約為50億噸。

煤矸石是選煤過程中從塊煤中分離出來的主要工業(yè)固體廢物，煤矸石的大量堆積不僅占用了大面積土地資源，進(jìn)而還誘發(fā)了土地退化、地下水污染等一系列環(huán)境問題，因此煤矸石的高效處理成為了一個(gè)世界性的難題。煤矸石主要資源化利用途徑包括用于發(fā)電、地下采空區(qū)充填、土建工程等。此外還能夠被用作催化劑載體、水泥生產(chǎn)原料和回收有價(jià)值金屬。

煤矸石主要有由炭質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖、硫鐵礦物、泥質(zhì)頁巖及少量煤組成，其中的主要化學(xué)成分為二氧化硅(SiO₂)和三氧化二鋁(Al₂O₃)，與沸石在元素組成上非常相似。由于煤矸石燒成溫度低，其中的硅元素和鋁元素主要以較高活性的非晶態(tài)形式存在，從化學(xué)組成上來看是合成人工沸石分子篩的理想原料。

分子篩又名沸石，是一類具有多孔性的鋁硅酸鈉鹽，其晶體中的骨架是由SiO₄四面體和AlO₄四面體通過定焦的氧原子連接而成，其孔徑小于2nm，微孔結(jié)構(gòu)呈規(guī)則孔道或籠型結(jié)構(gòu)。因此，分子篩具有較大的比表面積和孔結(jié)構(gòu)性能、強(qiáng)的吸附容量和高的陽離子交換容量，此外還具有優(yōu)異的水熱穩(wěn)定性。目前分子篩被廣泛應(yīng)用于環(huán)境和工業(yè)領(lǐng)域，包括吸附劑、催化劑、離子交換劑、抗菌材料等新前沿領(lǐng)域。

現(xiàn)有的分子篩的制備方法均需采用模板劑，模板劑能夠?qū)Ψ肿雍Y的微孔結(jié)構(gòu)起到調(diào)節(jié)和導(dǎo)向作用。但在實(shí)際制備過程中，存在工藝復(fù)雜、合成效率低等問題。此外，合成分子篩大多采用水熱法，水熱合成法需要大量去離子水作為溶劑，制備時(shí)產(chǎn)生的堿性廢水會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種煤矸石基分子篩及其堿熔融-水熱制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中的分子篩制備方法工藝復(fù)雜且合成效率低的技術(shù)問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種煤矸石基分子篩的堿熔融-水熱制備方法，該制備方法包括：將煤矸石粉體和氫氧化鈉混合研磨后進(jìn)行焙燒，制得堿熔融煤矸石；將堿熔融煤矸石、偏鋁酸鈉與水混合并攪拌均勻后，經(jīng)水熱反應(yīng)制得分子篩粗產(chǎn)物，分子篩粗產(chǎn)物依次經(jīng)過濾、洗滌和干燥后，制得煤矸石基分子篩；

所述的煤矸石基分子篩由堿熔融煤矸石和偏鋁酸鈉組成。

本發(fā)明還具有如下技術(shù)特征：

具體的，該制備方法不采用模板劑。

具體的，所述的堿熔融煤矸石和偏鋁酸鈉的質(zhì)量之比為(3～5):1。

具體的，所述的煤矸石基分子篩的平均孔徑為