本发明涉及一种吸附剂，尤其涉及一种粉煤灰直接制备介微孔吸附材料的方法。
背景技术
术语解释：
微孔为孔径小于2nm的孔。
介孔为孔径在2-50nm间的孔。
介微孔材料是指材料的孔道中既含有介孔孔道也含有微孔孔道的材料，其孔径分布在1-6nm之间。
由于资源赋存的限制，我国能源来源主要依靠煤炭。煤在高温燃烧时，其中的杂质熔融并经过骤冷而形成一种具有潜火山灰活性的玻璃态固体类矿物物质微粒，即粉煤灰。煤炭燃烧过程中会产生大量的粉煤灰，我国年粉煤灰产量约为3.0×108吨，并且逐年递增，目前全国历年粉煤灰累计存放已达40亿吨以上，灰场占地超过50万亩。粉煤灰的主要化学成分为二氧化硅(sio2)、氧化铝(al2o3)、三氧化二铁(fe2o3)、氧化钙(cao)和未燃尽的炭，同时还有少量的镁、钾、钠、硫、磷等的氧化物粉。作为一种潜在的矿物资源，如果能对粉煤灰加以充分利用，可以有效节约资源和减少污染。但是粉煤灰的传统利用方式大多集中在粉煤灰的简单利用上，如根据其火山灰的特性和储量丰富等特点，将其应用于制备混凝土、水泥，铺筑道路，土建材料和土地改良方面，根据其化学特性将之应用在抛光磨料、耐火材料或沥青、纸张的填充剂等方面。即使是这些低价值利用，其利用率仅为全部粉煤灰的50％，若能将剩余50％的粉煤灰充分开发利用，将对我国环保事业和循环经济起到极大的促进作用。因此，从资源回收和环境保护出发，开拓粉煤灰综合利用新途径已刻不容缓。
粉煤灰中矿物质主要是硅酸盐矿物和石英，其金属氧化物的含量顺序为：sio2>al2o3>fe2o3>cao>mgo>k2o>na2o>tio2。粉煤灰的元素组成与分子筛十分相似，而分子筛作为应用比较广泛的工业用料(又称沸石或泡沸石，是一种铝硅酸盐晶体，其结构是由和四面体通过共用氧原子连接而形成的骨架结构，用作吸附剂、催化剂及催化剂载体等)，天然储量较少，主要为人工合成，所用原料多为硅酸钠、铝酸钠、氢氧化铝、偏铝酸铵和铝土矿，工业合成成本较高。基于粉煤灰和分子筛在化学组成上的相似性，将粉煤灰转化为分子筛是近年来各国研究者集中研究的热点。粉煤灰可为人工合成分子筛材料提供大量的和源，如果将粉煤灰合成不同类型的分子筛，不仅达到了废物资源化利用，而且还得到高附加值产品，满足循环经济发展的战略要求。
虽然粉煤灰和分子筛的主要成分均为硅和铝组分，但二者的晶体结构却有显著差异。分子筛具有规则的晶体结构，而粉煤灰以无定型结构为主。因此目前利用粉煤灰合成分子筛的主要方法都是首先利用碱液将粉煤灰中有效成分硅铝酸盐溶出，然后经水热处理，通过成核、晶体生长等过程最终得到分子筛合成不同的分子筛。具体基本步骤如下：经预处理(研磨)的粉煤灰溶解在碱溶液中，形成水溶胶，老化一定时间后，置于高压反应釜中，通常是90～120℃的温度下进行晶化合成，经过几小时到数十小时(依据合成种类和其他条件而定)，再经过过滤、洗涤和烘干，即可以得到分子筛。合成的分子筛产品可用于消除重金属离子的污染、作催化剂等多方面，具有巨大的经济和环境效益。
如前所述，目前利用粉煤灰制备分子筛方法基本均基于碱性条件下合成分子筛，由于粉煤灰含有部分杂质，如果在制备过程中未经除杂，得到的分子筛含有较多杂质，难以控制合成单一分子筛，合成产品中存在石英和莫来石晶体，导致产品品质不高，应用较为局限。而如果在现有制备方法中增加除杂过程(例如增加碱液浸取或酸液浸取粉煤灰中硅和铝元素)，这样，其制备过程较为复杂，虽然可以获得较为纯的硅铝元素，并可制得品质较高的分子筛，但是整个制备过程不但增加了制备成本，而且制备过程产生较多酸碱废液，造成二次污染和浪费。另外目前利用粉煤灰制备的分子筛均是微孔材料，往往通过调整其硅铝比例获得不同类型分子筛，但是对其孔径大小的调控不佳。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种粉煤灰直接制备介微孔吸附材料的方法。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种粉煤灰直接制备介微孔吸附材料的方法，包括以下步骤：
步骤1、选取燃煤电厂的粉煤灰，将其在700℃下煅烧6h去除残留碳，煅烧后再经冷却、研磨、筛分后得到粒径10～20μm的颗粒；
步骤2、称取步骤1中得到的颗粒，将其按1.8～2.6mol/l的浓度加入naoh溶液中，常温搅拌4h之后超声处理2h，继续常温搅拌4h，然后再超声处理3h，将溶液冷却至室温，再用盐酸调至中性待用；
步骤3、称取质量为2～3倍于颗粒的模板剂，使其溶于步骤2制备的溶液中，经超声处理0.5h后加入质量为4倍于颗粒的35wt.％浓盐酸，再经超声处理1h后于50℃下恒温搅拌，再加入质量为2倍于颗粒的正丁醇，继续在50℃下恒温搅拌1h，随后再超声处理1h，所得混合溶液在恒温50℃下剧烈搅拌16小时，随后再超声处理6h，然后将混合溶液在120℃下水热处理36h，热过滤后于100℃下通风干燥，干燥后得到白色粉末；
步骤4、将白色粉末置于空气中在550℃下煅烧处理去除模板剂，得到介微孔吸附材料。
作为本方案的一种优选，所述步骤3中的模板剂为p123或f127。
本发明的有益效果是：本发明以粉煤灰为原料，利用超声处理的声空化现象，即高强度超声照射的液体内的气泡破裂期间形成约5000k的局部热点和几百巴的压力的作用，增大了粉煤灰中硅和铝元素的利用率，在制备过程中不需要除杂和提纯粉煤灰中的硅、铝元素，就可以制备出兼具微孔和介孔的多孔材料，孔道间相互连通呈立体孔道结构，相比目前其他制备方法，不仅简化了产品制备过程，还提高了产品品质。
附图说明
图1为实施例1制备的介微孔吸附材料的孔径分布图；
图2为实施例1制备的介微孔吸附材料的sem照片。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种粉煤灰直接制备介微孔吸附材料的方法，包括以下步骤：
步骤1、选取燃煤电厂的粉煤灰，将其在700℃下煅烧6h去除残留碳，煅烧后再经冷却、研磨、筛分后得到粒径10～20μm的颗粒；
步骤2、称取步骤1中得到的颗粒，将其按1.8～2.6mol/l的浓度加入naoh溶液中，常温搅拌4h之后超声处理2h，继续常温搅拌4h，然后再超声处理3h，将溶液冷却至室温，再用盐酸调至中性待用；
步骤3、称取质量为2～3倍于颗粒的模板剂，使其溶于步骤2制备的溶液中，经超声处理0.5h后加入质量为4倍于颗粒的35wt.％浓盐酸，再经超声处理1h后于50℃下恒温搅拌，再加入质量为2倍于颗粒的正丁醇，继续在50℃下恒温搅拌1h，随后再超声处理1h，所得混合溶液在恒温50℃下剧烈搅拌16小时，随后再超声处理6h，然后将混合溶液在120℃下水热处理36h，热过滤后于100℃下通风干燥，干燥后得到白色粉末；
步骤4、将白色粉末置于空气中在550℃下煅烧处理去除模板剂，得到介微孔吸附材料。
所述步骤3中的模板剂为p123或f127。
实施例1
取一定量燃煤电厂粉煤灰于马弗炉中700℃煅烧6h，冷却后研磨、筛分，得到粒径为10μm的颗粒。取一250ml锥形瓶，倒入50mlnaoh溶液，加入2g所述颗粒，常温搅拌4h之后超声处理2h，继续常温搅拌4h，然后再超声处理3h，将溶液冷却至室温，再用盐酸调至中性待用。称取4.0gp123溶于待用溶液中，超声处理0.5h后加入12.0g浓盐酸(35wt.％)，继续超声处理1h后，于50℃下恒温搅拌并加入4g正丁醇，继续50℃搅拌1h后超声处理1h，保持恒温50℃剧烈搅拌16小时后，超声处理6h，然后将混合溶液在120℃下水热处理36h，热过滤后于100℃下通风干燥。干燥后的白色粉末于空气中550℃下煅烧处理去除模板剂，得到介微孔吸附材料。
为研究所制复合介微孔吸附材料的结构特性，对其做比表面积分析(bet分析)和孔径分析，以及sem表面扫描电镜分析。图1是实施例1制备的介微孔吸附材料的孔径分布图，图中可见，介微孔吸附材料的孔径大部分分布于3～6nm之间，具有较有序的孔径分布。其比表面积分析结果为712m2/g-吸附剂。图2为实施例1制备的介微孔吸附材料的sem照片，图中可看出所制备材料具备有明显的表面结晶和孔道结构，符合多孔材料的孔道基本特征。
本发明以粉煤灰为原料，利用超声处理的声空化现象，即高强度超声照射的液体内的气泡破裂期间形成约5000k的局部热点和几百巴的压力的作用，增大了粉煤灰中硅和铝元素的利用率，在制备过程中不需要除杂和提纯粉煤灰中的硅、铝元素，就可以制备出品质较优良的多孔材料，相比目前其他制备方法简化了制备过程，获得了优良的产品。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。