[发明专利]13X型沸石-活性炭复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种13X型沸石-活性炭复合材料及其制备方法，特别是一种利用富含石英煤矸石制备13X型沸石-活性炭复合材料及其制备方法。

背景技术

近些年来，在我国以及世界范围内空气以及环境污染问题已成为了非常严重的问题，这不仅影响动植物的生长，而且危害人类身体健康。很多研究人员开发、利用各种吸附剂来解决这些问题，其中广泛利用的是活性炭和沸石。活性炭与沸石作为两类重要的工业吸附剂 ，已广泛应用于各种气体 、液体的分离和净化，但由于原料和生产成本过高，以及各自单一的孔结构特征和表面特性，使其应用范围受到一定的限制。活性炭不仅具有微孔和中孔的复合孔结构特征，而且具有亲油的吸附特征，沸石不仅具有大小均匀的微孔的孔结构特征，而且具有亲水的吸附特征。近年来，一些人利用粉煤灰，含高岭石的煤矸石等廉价原料制备活性炭、沸石。迄今为止，制备这些吸附剂中使用的煤矸石原料，含有较高的高岭石或者其他铝硅酸盐的煤矸石，而利用含有大量α-石英的煤矸石制备沸石-活性炭的研究未见报道。 

发明内容

本发明的目的之一在于针对单一的活性炭和粉煤灰制备的吸附剂吸附性能较低的问题，提供一种13X型沸石-活性炭复合材料。该复合材料不仅具有高的吸附性能，而且充分利用了煤矸石中的硅、铝、碳元素。

本发明的目的之二在于提供该复合材料的制备方法。该方法以煤矸石为原料，NaOH为活化剂，调整活化剂浓度、焙烧温度、陈化和晶化温度及时间，制备了13X型沸石-活性炭复合材料。

为达到上述目的，本发明采用的原理为：

1）焙烧过程中部分低活性的高岭土转化为高活性偏高岭土：

Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O→Al₂O₃·2SiO₂+2H₂O            （1）

同时，还有一部分高岭土与氢氧化钠反应生成硅铝酸盐和硅酸盐：

Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O +NaOH→NaAlSiO₄ + Na₂SiO₅ +H₂O     （2）

 2）陈化过程中碱液与高活性物质的反应：

Al₂O₃·2SiO₂+NaOH→Na₂SiO₃+ NaAlO₂                         （3）

同时（2）的反应物与（3）的反应物进行反应，即生成硅铝凝胶

NaAlSiO₄+Na₂SiO₅+Na₂SiO₃+NaAlO₂→

Na_x（AlO₂）_y·（SiO₂）_z·NaOH ·2H₂O

3）陈化和晶化后得到13X型沸石，化学式如下：

(0.8-1.0)Na₂O: Al₂O₃:(3.3-3.6) SiO₂:(6-7)H₂O

根据上述原理，本发明采用如下技术方案：

一种13X型沸石-活性炭复合材料，其特征在于该复合材料的化学式为：xNa₂O: Al₂O₃:y SiO₂:zH₂O，其中x=0.8～1.0，y=3.3～3.6，z=6～7。

上述的复合材料的晶粒尺寸1~2微米的多孔结构，其孔径为 0.8~1纳米。

一种制备上述的13X型沸石-活性炭复合材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.       采用的原料为富含石英的煤矸石，该煤矸石中SiO₂的重量百分含量为：48~58%；Al₂O₃的重量百分含量为：15~20%；