[发明专利]一种粉煤灰合成HZSM-5型沸石的方法

说明书

本发明涉及一种粉煤灰合成HZSM‑5型沸石的方法；粉煤灰经过研磨筛分、碱熔融、沸腾条件下酸溶处理，得到硅铝比显著提高的预处理产物。然后在产物中加入一定量水和模板剂，搅拌均匀后用氢氧化钠调节溶液pH，在室温条件下陈化一段时间后，通过水热反应合成了高品质的HZSM‑5型沸石；本发明操作简便，实现了固体废弃物粉煤灰的资源化利用。合成的沸石产品为单一晶相的HZSM‑5型沸石，结晶度大于95％，纯度大于98％，呈较好的六棱柱特征形貌。

技术领域

本发明涉及利用固体废弃物粉煤灰中的硅铝组分，通过水热法合成HZSM-5型沸石的方法。此方法可以实现固体废弃物的资源化利用，同时实现合成产物在化工、材料、环境保护等领域的应用，属于固体废物处理与资源化领域。

背景技术

作为最重要的能源之一，煤炭已成为我国工业发展的能源核心，原煤消费量多年来一直占一次能源消费总量70％以上。2016年中国煤炭消耗量达到18.88亿吨油当量，占世界煤炭总消费量的50.58％。煤炭焚烧后约20％的固体形成焚烧残渣，其它约80％的固体以飞灰的形式形成粉煤灰。随着煤炭的大量使用，我国粉煤灰的年产量已超过6亿吨，居世界首位，但是利用率较低。据统计，我国粉煤灰累计堆存量已超过25亿t，占地面积5万hm²以上。粉煤灰的随意堆积既占用大量耕地，同时对土壤、水资源和空气造成严重污染。粉煤灰综合利用是我国多年来研究解决的重要课题。

目前，粉煤灰的利用主要在于作建筑材料，制备陶瓷，道路铺设和局部土壤改良等方面，总体属于低附加值、低技术含量的粗放式利用。由于粉煤灰中含有大量无定型氧化铝和氧化硅，与沸石的化学组份相似，因此，利用粉煤灰合成沸石被认为是资源再利用的最有效途径之一。粉煤灰合成沸石一般具有较大的比表面积和孔容，有良好的阳离子交换性能和吸附性能，可以应用土壤修复、气相分离净化，污废水处理等环境保护领域，也可以作为催化剂、洗涤剂、保温等特殊材料在化工、石化、材料等领域发挥重要作用。

HZSM-5沸石为一种结晶铝硅酸金属盐，是由硅(铝)氧四面体为结构单元形成的体空间网状结构，具有二维10×10元环的孔道结构(0.56nm×0.53nm和0.55nm×0.51nm)。其晶体属理想的斜方晶系,晶胞组成可以表示为：Na_n(Al_nSi_96-nO₁₉₂)·16H₂O(n为0-20左右)，空间群Pmna和晶格常数为a＝20.1，b＝19.9，c＝13.4。HZSM-5沸石拥有独特的交叉孔道结构，同时具有水热性稳定，酸性可调节，热稳定性优，催化活性强，较强的抗积炭能力以及优异的选择性等特点，因此在石油炼制、化工催化、碳一化工、精细化工、环保等多个领域得到了广泛应用。

目前，HZSM-5沸石分子筛的合成主要是化学合成法，利用廉价矿物作为全部的硅铝源水热合成很少。而且由于合成条件较复杂，合成工艺不完善等原因，合成产物大多结晶度和纯度较低，不能满足应用要求。本发明提供了一种简便的HZSM-5型沸石的合成方法，完全利用粉煤灰作为硅铝源，采用研磨筛分-碱熔融-酸洗-水热合成工艺，成功合成了结晶度大于95％，纯度大于98％的HZSM-5型沸石，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供粉煤灰合成HZSM-5型沸石的方法，可为粉煤灰的治理和资源化利用提供技术选择。

本发明的粉煤灰合成HZSM-5型沸石的合成方法，其特征步骤如下：

1)研磨筛分处理：用粉碎性研磨机对粉煤灰粗品进行研磨，然后通过100目筛进行筛分；

2)碱熔融处理：将步骤1)得到的粉煤灰和氢氧化钠固体混匀后，在650℃-850℃下煅烧2h，冷却至室温后，对产物进行研磨煅烧产物；

3)酸溶处理：向步骤2)煅烧产物中加入硫酸溶液，加热至沸腾，冷凝回流条件下进行反应1-3h，冷却后对产物过滤，洗涤，然后于烘箱干燥得到粉煤灰；