[发明专利]一种用粉煤灰制备纳米方沸石的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料合成领域，具体的说涉及一种用粉煤灰制备纳米方沸石的方法。

背景技术

方沸石（ANA）是沸石族矿物的一种，是近些年国内外比较重视的新兴矿物资源。但方沸石自然界储量较少，只产于美国和日本等少数国家。1998年，内蒙古乌审旗发现一处大型方沸石矿，贮量在数千吨以上，含方沸石38%～81%左右。乌审旗方沸石的发现，填补了我国天然方沸石矿的空白。天然方沸石（analcime）有效孔径为0.26纳米左右，可将其制成天然离子筛或天然微孔吸附剂，用于水质净化和污染土壤修复，能锁定、除去有毒重金属离子。在我国工业废水中重金属废水占有相当大的比例，如电镀、冶金、化工、电子、矿山等许多工业过程中都会产生含镍、铬、铜、铅、镉等金属离子的废水，方沸石的使用将会更广泛，用量也将会不断持续增加，天然方沸石的产量与使用矛盾更加突出。

粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰。粉煤灰含70%硅、铝，是合成沸石的优良资源，利用粉煤灰合成沸石分子筛是提高粉煤灰综合利用附加值的有效途径之一。目前国内外在利用粉煤灰合成沸石方面己做了大量的前期工艺探讨工作，包括原料组成、碱量、温度、晶化时间对沸石的影响，沸石相的形成过程和形成机理的初步探讨，以及合成物质的处理或非处理工序对沸石性能的影响等，进而发展到利用合成沸石处理工业废物、净化污水和气体等。目前由粉煤灰添加适量硅、铝源等模板剂，经水热合成的沸石主要有A、X、Y、P、HS、ZSM等，但结晶度还有待提高。

天然方沸石在结晶格架中，存在四元环、六元环、八元环。主要由六元环形成通道，且和三次轴平行，呈一维管状，其Si/Al比为2.1～2.6，接近于粉煤灰成分，控制好适当工艺与条件，能在不加任何模板试剂与硅铝试剂的条件下以粉煤灰合成方沸石。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在不添加模板试剂与硅铝试剂的条件下提供一种用粉煤灰在不超过100℃条件下制备纳米方沸石的方法，以及使用该合成的纳米方沸石除去废水中重金属的方法。

本发明可以通过实施以下技术方案来解决上述现有技术问题：

一种用粉煤灰制备纳米方沸石的方法，包括如下步骤：

1）粉煤灰与碱金属化合物混合，碱金属化合物与粉煤灰的质量比为1.1～1.8：1，在500～850℃下焙烧1～2小时；

2）冷却后，加入去离子水，在35～100℃下搅拌0.5～7小时后再常温搅拌0.5～10小时，得到溶胶；

3）搅拌结束后，将上述溶胶进行超声5分钟-10小时后过滤，得到固体；

4）过滤后的固体按1克固体加入1～15毫升的比例添加氢氧根离子溶度为0.3～5.5摩尔/升的碱溶液，搅拌、超声5分钟～12小时后，在温度为40～100℃的情况下水热晶化12～96小时，得到混合液；

5）晶化结束后将混合液过滤，将过滤后的滤渣用水洗涤至中性，干燥即得到粉末状纳米方沸石。

为了获得更佳的使用效果，本发明还可以实施下列技术措施：

步骤1所述的粉煤灰在酸液中进行预处理，在30～90℃温度下搅拌10分钟～2小时，过滤、干燥；酸液是硫酸、盐酸、磷酸中的一种酸或多种酸的组合；步骤1所述的碱金属化合物是氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种组合；步骤3和步骤4所述的超声功率为100-1000瓦；步骤3和步骤4所述的超声频率为25～60千赫兹；步骤4所述的水热晶化时间优选为12～30小时；步骤4所述的碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种或两种组合。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1．产品：本发明在于以粉煤灰为原料合成了自然界储量较少的粉煤灰单晶纳米方沸石为目标产物。

2．原料：本发明原料只有粉煤灰与少量碱、酸，没有添加任何其它硅、铝源及任何模板剂。

3．低温晶化工艺：相对于其它合成纳米方沸石工艺，本发明以粉煤灰为原料，采用简单工艺，于低温（不超过100℃）水热晶化合成了纳米粉煤灰方沸石。

4．应用于吸附处理工业废水中的氟、铯与重金属，为提取铯及处理含铯放射性废液提供有前途的材料。

本发明利用废弃物粉煤灰，实现粉煤灰资源化利用，合成较少资源的方沸石，并能应用于氟、铯与重金属废水处理，是一种满足可持续发展要求的绿色新工艺。

附图说明

图1为实施例1产品的透色电镜图谱；

图2为实施例1产品的X射线衍射图谱；

图3为天然方沸石X射线衍射图；