[发明专利]一种利用粉煤灰制备MCM-41分子筛的方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及分子筛制备技术领域，更具体地说，涉及一种利用火电厂排放的粉煤灰为主要硅铝源制备MCM-41分子筛的方法及应用。

背景技术

介孔分子筛与传统的微孔分子筛相比，具有稳定的骨架结构、孔道呈六方有序排列、大小均匀、具有高比表面积(600～1200 m²·g^-1)、高吸附容量(>0.7cm³·g^-1)、较大的孔径(2～30nm)等优良特性。在选择吸附、分离和催化等领域表现出了很大的应用潜力。但是相较微孔分子筛和天然沸石材料，介孔分子筛MCM- 41通常采用纯化工原料如二氧化硅、硅酸钠、正硅酸乙酯等作为硅源，成本昂贵，限制了分子筛MCM-41的应用。粉煤灰的主要化学组分为A1₂O₃、SiO₂等，有望成为替代硅、铝化学纯试剂来合成硅铝介孔分子筛的合适原料。

经检索，通过利用火电厂排放的粉煤灰作为硅铝源合成分子筛，以降低分子筛制备成本的技术方案已有公开，如中国专利申请号200810231810.2，申请日为2008年10月20日，发明创造名称为：一种SI-MCM-41介孔分子筛的制备方法；该申请案公开的制备方法利用粉煤灰为主要原料，通过酸津除杂后再用碱津，得到硅酸钠，然后以硅酸钠溶液为原料，通过加入模板剂，硫酸调节pH值，即可在硅酸钠溶液中生成介孔分子筛，然后烧掉模板剂，即得Si-MCM-41介孔分子筛。该申请案制备的Si-MCM-41介孔分子筛具有中孔和微孔结构，有较高的比表面积，及较好的吸附性能，但该申请案在对粉煤灰的处理过程中通过加入硫酸去除粉煤灰中的Fe、Ca等金属离子，此种方法容易引入不容易去除的硫酸根离子，对后面产生的硅酸根离子产生影响，该技术方案仍需进一步改进。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中MCM- 41分子筛的制备成本高的不足，提供了一种利用粉煤灰制备MCM-41分子筛的方法及应用，本发明选择容易去除的盐酸作为酸浸溶液，不但可以更有效的去除粉煤灰中的金属杂质离子，提高粉煤灰原料的活性，同时由于氯离子的易挥发性，不会对预处理后的原料造成影响，制备得到的MCM-41分子筛性能优异，且制备成本低。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种利用粉煤灰制备MCM-41分子筛的方法，其步骤为：

a、将粉煤灰原粉烘干至恒重，用HCl溶液与干燥粉煤灰混合，搅拌、离心、洗涤、烘干备用；

b、将步骤a处理后的粉煤灰与NaOH混合煅烧，冷却后研磨成细粉，将得到的研磨后煅烧物加入到去离子水中，混合、搅拌，离心分离获得上清液；

c、称取模板剂CTAB溶于去离子水中，水浴条件下持续搅拌，逐滴滴加步骤b中获得的上清液，用HNO₃调节溶液pH，继续搅拌得凝胶状物质，对得到的凝胶状物质进行晶化反应，晶化后自然冷却至室温，离心、洗涤、烘干、焙烧得到MCM-41分子筛。

更进一步地，步骤a中所用的HCl溶液的质量百分比浓度为20%-30%，干燥粉煤灰与HCl溶液的固液配比为1:20；离心操作中离心速度为4000-6000rpm，离心时间为30-40min；洗涤操作中用去离子水洗涤至洗涤液pH为6~7。

更进一步地，步骤b所述煅烧过程中粉煤灰所含SiO₂和NaOH的质量比为1:2.2，煅烧温度为500-600 ℃，煅烧时间3-4 h。

更进一步地，步骤b中将所得冷却后煅烧物研磨成细粉过200-300目筛；研磨后煅烧物与去离子水的质量比为1:20；搅拌操作中搅拌时间为24小时；离心操作中离心速度为4000-6000rpm，离心时间为20-30min。

更进一步地，步骤c中模板剂CTAB、上清液中SiO₂和H₂O的摩尔比为0.15 :1:100；水浴温度为35℃，步骤b中获得的上清液的滴加速度为1~2滴/s；HNO₃溶液的质量百分比浓度为10%-15%，用HNO₃调节溶液pH为10~11。

更进一步地，步骤c中晶化温度为100℃，焙烧过程中以1℃/min的速率升温至550℃焙烧。

本发明的一种利用粉煤灰制备MCM-41分子筛的应用，所述的MCM-41分子筛用于Cr(Ⅵ)离子的吸附。