专利名称：一种Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法
技术领域：
本发明一种粉煤灰废物利用(处理)的方法，特别涉及一种Si-MCM-41 介孔分子筛的制备方法。
背景技术：
介孔分子筛不仅具有高度有序和均匀分布的孔道结构，孔径尺寸改变范 围较宽(2 50nrn)，比表面高(〉1000m2/g)，而且其骨架组分具有多样性， 因此在很多领域有良好的应用前景，已成为孔材料研究领域新的热点。最初， 介孔分子筛主要应用于催化反应，后来研究人员又利用其孔道特性不断拓 展，相继发展到纳米材料和生物吸附分离等。近几年的研究主要是在以前研 究的基础上，将介孔分子筛改性负载官能团及金属离子，以便应用于更多领 域。
制备Si-MCM-41介孔分子筛所用原料除了模板剂(例如十六烷基三甲基 溴化氨等)以外还需要硅源，常用的硅源可以是正硅酸乙酯、硅酸钠、二氧 化硅、白炭黑等，但是这些硅源价格较贵，工业生产成本高。
粉煤灰是燃煤热电厂排出的固体废弃物，粉煤灰的主要化学成分是 Si02， A1203， CaO， Fe203等，据不完全统计，截止到2000年，我国粉煤灰 排放量达到1.6亿吨，而且每年正以l千万吨的速度增加。同时还含有少量的 其它物质，其利用率在我国还属于低水平。目前，综合利用电厂废弃物粉煤 灰的技术手段不断提高，利用粉煤灰生产有利于国民经济的物资产品成为使 用粉煤灰的主流，我国对粉煤灰的利用率在30% 40%之间，其主要用于建 筑制砖、水泥原料、路基材料、土壤改良剂、橡胶填料等，而且使用量远赶 不上每年粉煤灰的新增加速度，粉煤灰仍需大幅开发和深入利用，尤其是利 用其中的主要化学成分，以高附加值产品为导向的开发应用是粉煤灰未来发
展的一个方向，也是目前业内人士十分关注的热点问题，例如，利用粉煤灰 生产水泥，氧化铝已走向工业化道路，而利用粉煤灰生产白炭黑、分子筛等 技术还处在工业的摸索阶段。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种Si-MCM-41介孔分子歸的制备方法，该 方法利用粉煤灰为主要原料，通过酸津除杂后再用碱津，得到硅酸钠溶液， 然后以硅酸钠溶液为原料，通过加入模板剂，硫酸调节pH值，即可在硅酸 钠溶液中生成介孔分子筛。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案 一种Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法，其特征在于，具体包括如下 步骤
步骤一，在粉煤灰中加入适量的浓硫酸，室温下搅拌反应2小时，得到 第一反应体系；
步骤二，加水溶解第一反应体系，溶解温度为85。C 90。C;第一反应 体系生成Al2 (S04) 3和杂质，离心分离出滤液Al2 (S04) 3和其它杂质并 水洗残渣，然后在滤渣中加入过量的4M NaOH溶液，于120。C油浴下反 应30分钟，得到第二反应体系；
步骤三，将第二反应体系离心分离，水洗后，弃去滤渣，收集离心液得 Na2SiOg溶液；
步骤四，取适量的模板剂，加适量乙醇和水溶解后，将Na2Si03溶液加 入其中，搅拌10分钟，得到混合溶液；
步骤五，用硫酸调节混合溶液的pH值，直至溶液中生成白色沉淀，该 白色沉淀中含带模板剂的Si-MCM-41分子筛，然后继续搅拌1小时，静置 1小时；
步骤六，对混合溶液进行抽滤，得到带有模板剂的Si-MCM-41分子筛，
并在IO(TC条件下烘干；
步骤七，将带有模板剂的Si-MCM-41分子筛置于马弗炉中，在550°C 条件下烧掉模板剂，即得Si-MCM-41介孔分子筛。
本发明的Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法，以粉煤灰为原料，使用设 备简单，操作方便，帝lJ备的Si-MCM-41介孔分子筛具有中孔和微孔结构， 有较高的比表面积，比表面积达1030mVg，有很好的吸附性能，为Si-MCM-41 介孔分子筛的生产降低了原料成本，为其工业化生产提供了重要思路。
图l是本发明的工艺路线图。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式
本发明的Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法参见图1，首先取粉煤灰 适量，经过球磨机球磨(增强粉煤灰的反应活性)，使粉煤灰中的八1203顺 利浸出，然后按粉煤灰中加入浓硫酸，其中，粉煤灰与浓硫酸的比例为1: 2,在室温反应2小时，得到第一反应体系，加水溶解第一反应体系，选择 硫酸铝的溶解温度为85。C 90'C;由于第一反应体系生成的硫酸铝的溶解 度随温度的上升而增大，且温度越高溶解速度越快，所以温度高对溶出过程 有利。然后对第一反应体系离心分离，分离出第一反应体系的滤液Al2 (S04) 3 和其它杂质，收集滤渣，然后在滤渣中加入过量的4M NaOH溶液，于120 t油浴下反应30分钟，得到第二反应体系；再对第二反应体系离心分离， 弃去滤渣，得Na2Si03溶液；将Na2Si03溶液中加入到含有模板剂的溶液中 (模板剂含量为0.5%~5%)，搅拌10分钟，得到Na2Si03+模板剂的混合溶 液，其中，含有模板剂的溶液制备方法是将称好的模板剂先用少量的无水乙 醇(l-2mL)溶解，在加入适量的水混合。
用硫酸调节Na2Si03+模板剂混合溶液的pH值〈13，直至混合溶液中生 成白色沉淀，该白色沉淀中含有带模板剂的Si-MCM-41分子筛，然后继续
搅拌l小时；搅拌完成后静置l小时，然后对Na2Si03溶液进行抽滤，弃去 滤液，并在IO(TC条件下烘干，即得到带有模板剂的Si-MCM-41分子筛， 再将带有模板剂的Si-MCM-41分子筛后置于马弗炉中，在55(TC条件下烧 掉模板剂，即得到Si-MCM-41介孔分子筛。
以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，本发明不限于这些实施例。 实施例1:
取粉煤灰80g，加入浓硫酸160ml,在室温下搅拌反应2小时后，加入 100mL的水，在85。C 90。C温度下继续搅拌30min，将生成的A12(S04)_3， 杂质等溶解，离心分离水洗沉淀后弃去溶液，取沉淀，加入350mL4M的 NaOH溶液，12(TC油浴反应30min后，冷却后离心分离，将沉淀物分别用 200mL水洗2次，离心分离;将3次离心分离所得液体收集汇总，即得Na2Si03 溶液；取lOmL的Na2Si()3加入到5mL含有1%~5%的模板剂的十六烷基三 甲基溴化胺(CTAB)溶液中；搅拌IO分钟后，硫酸调节pH在13以下， 均可生成白色的沉淀(其中含模板剂Si-MCM-41介孔分子筛)，继续搅拌 lh,静置lh (陈化)；减压抽滤，得白色固体产品(含模板剂Si-MCM-41 介孔分子筛)；在10(TC下烘干该固体产品，并在550'C条件下烧掉模板剂， 即得到Si-MCM-41介孔分子筛。
本实施例制备的Si-MCM-41介孔分子筛，经分析XRD给出的结果显 示，该物质20在2 6度出现三个衍射峰，其中在2~3度的峰值最高，证明 该产物为六方结构，并且结晶度和有序度都较高。氮气吸附-脱附测试孔尺 寸分布可知，此种Si-MCM-41介孔分子筛具有中孔和微孔结构，有较高的 比表面积，比表面积高达1030m7g，有很好的吸附性能。该材料不但可以用 于吸附分离金属离子和有机物，还可用于做催化剂载体，是一种应用很广泛 的材料。
权利要求
1、一种Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤步骤一，在粉煤灰中加入适量的浓硫酸，室温下搅拌反应2小时，得到第一反应体系；步骤二，加水溶解第一反应体系，溶解温度为85℃～90℃；第一反应体系生成Al2(SO4)3和杂质，离心分离出滤液Al2(SO4)3和其它杂质并水洗残渣，然后在滤渣中加入过量的4M NaOH溶液，于120℃油浴下反应30分钟，得到第二反应体系；步骤三，将第二反应体系离心分离，水洗后，弃去滤渣，收集离心液得Na2SiO3溶液；步骤四，取适量的模板剂，加适量乙醇和水溶解后，将Na2SiO3溶液加入其中，搅拌10分钟，得到混合溶液；步骤五，用硫酸调节混合溶液的pH值，直至溶液中生成白色沉淀，该白色沉淀中含带模板剂的Si-MCM-41分子筛，然后继续搅拌1小时，静置1小时；步骤六，对混合溶液进行抽滤，得到带有模板剂的Si-MCM-41分子筛，并在100℃条件下烘干；步骤七，将带有模板剂的Si-MCM-41分子筛置于马弗炉中，在550℃条件下烧掉模板剂，即得Si-MCM-41介孔分子筛。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五中硫酸调节混 合溶液的pH值小于13。
全文摘要
本发明公开了一种Si-MCM-41介孔分子筛的制备方法，该方法利用粉煤灰为主要原料，通过酸津除杂后再用碱津，得到硅酸钠，然后以硅酸钠溶液为原料，通过加入模板剂，硫酸调节pH值，即可在硅酸钠溶液中生成介孔分子筛，然后烧掉模板剂，即得Si-MCM-41介孔分子筛。且该方法使用设备简单，操作方便，制备的Si-MCM-41介孔分子筛具有中孔和微孔结构，有较高的比表面积，比表面积达1030m<sup>2</sup>/g，有很好的吸附性能，不但可以用于吸附分离金属离子和有机物，还可用于做催化剂载体，是一种应用很广泛的材料。
文档编号C01B39/04GK101381086SQ200810231810
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月20日 优先权日2008年10月20日
发明者江元汝, 赵亚娟, 赵西成 申请人:西安建筑科技大学