[发明专利]低成本多级孔SAPO-34分子筛及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种低成本多级孔SAPO‑34分子筛及其制备方法和应用，属于分子筛合成技术领域。本发明以锂硅粉废弃物为原料，提供了一种SAPO‑34分子筛的制备方法，包括：锂硅粉经酸洗涤、干燥和过筛，得粉料；将水与磷源混合均匀，得磷源液；将粉料和磷源液混合，加入模板剂，混合均匀得混合液；混合液经室温陈化后，升温进行水热晶化，得晶化液；晶化液经冷却、洗涤、过滤、干燥和煅烧，得SAPO‑34分子筛。本发明对目前大量堆砌的废渣锂硅粉进行资源化利用，同时通过控制各物料用量，优化合成条件，使SAPO‑34分子筛具有微‑介多级孔结构，有效解决了单一微孔结构的弊端，并使其可作为低温脱硝催化剂的载体材料。

技术领域

本发明属于废弃物利用及分子筛合成技术领域，具体为低成本多级孔SAPO-34分子筛及其制备方法和应用。

背景技术

SAPO-34分子筛具有典型CHA拓扑结构，其骨架主要是由PO²⁺、AlO^2-、SiO₂四面体相互连接组成，这些骨架原子周期性地排列组合成六元环、四元环和八元环，最终形成椭球形的CHA笼状结构和三维交叉孔道结构。SAPO-34实际上是Si原子取代AlPO₄骨架原子形成的，因为在AlPO₄骨架中，PO²⁺和AlO^2-四面体分别带正电荷和负电荷，且二者数量相当，因此整个骨架对外表现为电中性，表面酸性很弱，不利于NH₃-SCR反应中对于NH₃的吸附。但是，将Si原子引入其骨架后，破坏了原有的电荷平衡，使得分子筛整体对外表现带负电。SAPO-34表面也同时存在有L酸中心和B酸中心。因此，由于SAPO-34具有优异的水热稳定性，适宜的表面酸性以及孔道结构，已经被广泛应用于脱硝催化剂。

目前，SAPO-34的合成方法主要有水热合成法、气相晶化法、微波合成法以及超声合成法四种。其中水热合成法是目前应用最广泛也是最成熟的一种方法，其主要原料有硅源、铝源、磷源、模板剂和去离子水；常用的硅源包括硅溶胶、活性SiO₂和正硅酸酯；铝源包括活性氧化铝、拟薄水铝石和异丙醇铝；模板剂可以采用四乙基氢氧化铵(TEAOH)、三乙胺、二乙胺以及吗啡啉等；磷源一般采用正磷酸。

CN106477595A中将双模板剂与硅源、铝源、磷源混合，采用一步水热晶化法制得片状形貌的SAPO-34分子筛，其晶粒尺寸范围为0.5～2um，并将其用于甲醇制烯烃的应用。CN110342539A中将软模板剂糖类溶于水中制得模板剂溶液，并加入硅源、铝源、磷源，经陈化、水热晶化步骤合成一种多级孔道SAPO-34分子筛。CN103145145A公开了一种以A型沸石为硅源的SAPO-34分子筛制备方法，但其水热时间长达3～6天，且A型沸石需水热预处理。

上述SAPO-34分子筛的制备方法中，或者完全采用化学药剂作为原料，或者水热时间太长，或者合成过程复杂，均导致成本较高而限制了SAPO-34分子筛的实际生产应用。

目前，我国锂硅粉存储量巨大，然而仅有很小一部分锂硅粉被用于混凝土掺和进行了二次利用，其余大部分锂硅粉作为工业废弃物一般采用就地露天堆放或者直接填埋的方式进行处置。锂硅粉呈细粉状，露天堆放极易产生扬尘，对空气环境造成较大危害；而直接填埋则会污染地下水资源；同时露天堆放也是对土地资源的一种浪费。因此，亟需开发一种锂硅粉废弃物的资源化利用工艺。

发明内容

本发明针对现有制备方法成本高的问题，采用锂硅粉废弃物为原料，提供了一种低成本多级孔SAPO-34分子筛的制备方法，其包括以下步骤：

A、锂硅粉经酸洗涤、干燥和过筛，得粉料；

B、将水与磷源混合均匀，得磷源液；

C、将步骤A所得粉料与步骤B所得磷源液混合，然后在搅拌状态下加入模板剂，混合均匀，得混合液；