[发明专利]一种分子筛离子交换方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种分子筛离子交换方法及其应用，特别涉及一种清洁化且低成本地对分子筛进行离子交换的方法及其应用。

背景技术

据水利部2005年的资料，全国78%流经城市的河段已不适宜作为饮用水源，城市地下水的50%受到污染。水质污染不仅会直接影响工农业生产，对人体健康也会产生严重危害。为了实现国家的可持续发展和人与自然的和谐共存，国家制定了工业污水排放的国家标准GB8978-1996，其中规定石油化工工业铵氮一级排放标准为15mg/L，二级排放标准为50mg/L。

分子筛具有比表面积高、热稳定性和水稳定性好以及孔径均一等结构特点，被广泛用作催化材料、吸附分离材料与离子交换材料，在石油化工领域中具有广泛的用途。但是，人工合成的分子筛通常为Na型，需通过离子交换将其转变成氢型或多价金属离子型分子筛，才能作为酸性催化剂的活性组分使用。

目前，在分子筛制备的过程中，脱除钠离子的方法主要有铵交换方法。但铵交换方法普遍存在的问题是：分子筛原粉需经铵交换制成NH₄型分子筛，再焙烧才能转变为氢型分子筛，但是，由于化学平衡的限制，NH₄⁺不能一次完全取代Na⁺，为得到低Na₂O含量的分子筛，铵交换过程需重复进行多次，从而产生大量超标的铵氮废水。为了满足铵氮排放量小于15mg/L的国家标准，需要对废水进行处理，但是，对所述废水进行处理的过程不仅能耗大而且成本高。此外，常规铵离子交换方法需反复调节环境的酸碱性，操作复杂且效率低。

因此，为了满足日益严格的环保法规以及工厂提高经济效益的要求，迫切需要开发绿色环保并可以提高经济效益的对固体物质进行离子交换的技术。

CN102049193A公开了一种对含有可交换离子的固体物质进行离子交换的方法，该方法包括：采用双极膜电渗析对含有离子的溶液进行双极膜电渗析，从而制备酸液或碱液；将所述酸液或碱液与含有可交换基团的固体物质进行离子交换，并将交换得到的浆液进行固液分离，将固液分离得到的液相循环用作双极膜电渗析中的含有离子的溶液。采用该方法对含可交换离子的固体物质进行离子交换，一方面能够实现离子交换的目的，另一方面能够减少化学试剂的使用量，实现废液的零排放。

发明内容

在一些分子筛的合成过程中，有机模板剂起到非常重要的作用，但是在使用时，需要将模板剂从分子筛的主体孔道中除去，才能实现分子筛的催化或吸附性能。本发明的发明人在实践中发现，采用CN102049193A公开的方法将含有模板剂的分子筛与酸液进行离子交换时，电渗析装置的能耗较高。

本发明的发明人经过研究发现，出现上述现象的原因可能存在于以下两个方面。

（1）分子筛含有能够与OH^-形成水不溶性物质的可交换离子（如为Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Si⁴⁺和稀土金属的离子，其中，所述稀土金属可以为镧和/或铈），在进行离子交换时，这些能够与OH^-形成水不溶性物质的可交换离子与H⁺交换，从而进入通过固液分离而得到的液相中，将含有能够与OH^-形成水不溶性物质的可交换离子的液相循环送入离子交换装置进行双极膜电渗析，以制备用于离子交换的酸液时，上述能够与OH^-形成水不溶性物质的可交换离子与双极膜电渗析过程中产生的OH^-结合，形成沉淀，沉积在离子交换膜的表面上，阻碍了离子迁移，导致离子交换膜的电阻增大，电渗析初始阶段电流强度下降，导致电渗析能耗增加。

（2）在对含有模板剂的分子筛进行离子交换时，分子筛中的至少部分模板剂能够从分子筛的主体孔道中洗脱，进入液相以及由该液相得到的滤液中。将该滤液用作双极膜电渗析过程中的含有离子的水溶液时，滤液中的模板剂在电场的作用下极化，形成阳离子部分和阴离子部分，并发生迁移。