[发明专利]一种利用蛋白石页岩制备4A沸石分子筛的方法及其除氮应用

说明书

本发明涉及一种利用蛋白石页岩制备4A沸石分子筛的方法，包括如下步骤：S1：将蛋白石页岩加入强碱溶液中，搅拌均匀，得到混合溶液A。S2：将偏铝酸钠溶液加入步骤S1得到的混合溶液A中，搅拌均匀，得到混合溶液B。S3：将步骤S2得到的混合溶液B置于反应釜，进行水热反应，得到浑浊液。S4：将步骤S3完成反应的浑浊液进行离心，弃去上清液，得到沉淀物。S5：将步骤S4得到的沉淀物烘干，得到4A沸石分子筛。本发明利用廉价易得、高二氧化硅含量的蛋白石页岩，在碱性环境下采用水热法合成4A沸石分子筛，避免了传统方法中价格昂贵的酸处理步骤，避免了废酸液的产生。同时，本发明未使用导向剂，流程简单，价格低廉。

技术领域

本发明属于污水脱氮功能材料技术领域，具体涉及一种利用蛋白石页岩制备4A沸石分子筛的方法及其除氮应用。

背景技术

近年来，随着工业的进步与技术的发展，工业规模日益扩大，各种资源大量使用，促进社会发展的同时也造成了环境破坏与水体污染。农田施肥不当、工业废水排放等原因造成水体富营养化，水中的以氨氮为首的各种污染物严重影响了生态环境与人体健康，对人们的生活质量与用水安全产生威胁。水是人类生存的基础，采取措施改善水环境，治理水体污染是环境保护领域中非常迫切的任务。利用现代技术研制新型功能材料治理水污染已成为材料学科新的研究热点。

目前，吸附法是一种常用且有效的水体净化方法，它以多孔性材料为吸附剂，通过离子交换、静电吸附和络合等过程将水中污染物转移到吸附剂上，以达到去除污染物的目的。吸附法具有水处理效果良好、操作简便等优点，其中应用最广泛的吸附剂是活性炭，其具有比表面积大、活性高的优点，可以对空气和水中的各类物质进行高效吸附。然而，活性炭的机械强度不高，在使用中容易破碎而造成碳粉尘的二次污染，而且活性炭以物理吸附为主，对水中特征离子态污染物不具备吸附选择性，对氨氮一类的水体污染物吸附效果较差。因此人们试图用自然界中其他具有吸附性的多孔性矿物来替代活性炭。其中4A分子筛具有独特的阳离子交换性、吸附选择性和催化性能，已经被用作吸附剂来开发利用。人工合成的分子筛通常采用硅酸钠等工业原料，但这种硅源材料成本高昂，因此近年来研究者尝试采用低成本矿物材料合成4A沸石。沈耀生等人2019年发表《利用高岭土制备4A分子筛》中，介绍了一种制备4A分子筛的方法，即将高岭土煅烧脱羟转化为偏高岭土，在碱性条件下水热合成沸石。申请号为201410485158.2的发明专利公开了一种用粉煤灰制备4A沸石的方法，将粉煤灰用酸性溶液洗涤，再在碱性条件下高温煅烧，冷却结晶得到性能较高的4A沸石。杨洋等人2014年发表的论文《4A分子筛合成研究》中，介绍了用高岭土和凹凸棒石为原料，采用传统的水热法合成4A分子筛。以上方法中所用高岭土、粉煤灰、凹凸棒石等矿物材料均需要经过酸处理，而酸热预处理则导致成本增加及产生大量废酸液的二次污染问题。因此，亟待寻找低成本、高效的4A沸石分子筛合成方法。

蛋白石页岩是我国优势矿产资源，主要产于我国黑龙江嫩江流域与新疆北屯地区，由火山爆发形成的火山灰在空气中灼烧成细小炽热体后落入湖底沉积而成，矿物成分为非晶态蛋白石页岩及少量黏土。蛋白石页岩独特的形成方式使其具有疏松多孔、页状层理、粒度细小且均匀的特征，是用于吸附的良好材料。李青山等人于2003年在《嫩江蛋白石轻质页岩及在高分子材料中的应用》一文中首次报道嫩江蛋白石页岩，文中称“蛋白石页岩矿石呈灰色泥质结构，微层理构造、质地轻、硬度低、均匀粒状易碎；具有孔隙度高、吸水性强、吸附性好等特点。”然而，目前关于嫩江蛋白石页岩的研究较少，尚未寻找到明确的工业应用领域。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术中存在的以硅酸钠作为原料合成4A沸石分子筛造成的成本高、生产过程中酸热预处理导致的成本增加以及产生大量废酸污染物的问题，本发明提供一种利用蛋白石页岩制备4A沸石分子筛的方法。

另一方面，本发明还提供一种根据上述方法制备得到的4A沸石分子筛在除氨氮方面的应用。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：