专利名称：一种制备纳米粉煤灰沸石的方法
技术领域：
本发明涉及一种粉煤灰合成沸石的制备方法，以燃煤电厂废弃物粉煤灰及海水淡 化厂产生废弃物浓海水为原料，制备纳米粉煤灰沸石的方法。
背景技术：
粉煤灰是燃煤发电厂排放的固体废弃物，随着电力工业的发展，粉煤灰的排放量 逐年增多，除部分用于水泥生产、混凝土等建筑行业，大部分就地堆放或进行填埋处理，占 用大量土地并且造成环境污染。浓海水是指经淡化技术提取淡水后，海水被浓缩一倍左右 的部分；以及采用海水循环冷去技术，作为工业冷却水时，海水中的水分逐渐蒸发，在海水 的浓度达到增浓一倍左右后排放的部分。随着淡水工业的发展，浓海水的产生量随之增加。 根据2005年7月份国家发改委、国家海洋局、财政部联合发布的《海水利用专项规划》提出 了 2010和2020年海水利用的纲领性目标2010年，目标我国海水淡化能力达到800-100万 立方米/日，海水直接利用能力达到550亿立方米/年，2020年，目标我国海水淡化能力达 到250-300万立方米/日，海水直接利用能力达到1000亿立方米/年。一般It海水淡化 后，要排放0. 65t左右的浓海水，浓海水中含有高浓度的钠、镁、钙等金属离子，这不仅是对 有限的资源的浪费，直接排放对海洋生态系统造成巨大的威胁。粉煤灰沸石化是实现粉煤灰资源化利用的有效途径，利用粉煤灰中的硅铝酸盐作 为原料，制备沸石分子筛是近年来国内外利用粉煤灰的重要途径之一。直接对粉煤灰进行 水热处理或结合其它方法如熔融法、微波辅助等方法利用粉煤灰合成沸石早有报道，但传 统的合成方法均需要大量的蒸馏水及较高的温度。使用浓海水进行粉煤灰合成沸石的晶 化，可以减少蒸馏水的使用，降低成本，另一方面晶化过程中可以利用浓海水中的阳离子， 实现废物的资源化利用。此外海水淡化厂一般建在沿海附近使用海水作为生产的冷却水， 升高温度的海水为沸石的合成节省加热所需的热源。将两种生产中的废弃物粉煤灰和浓海 水结合利用，可以实现“化害为利，变废为宝”，符合循环经济与绿色生产的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种节约能源、降低生产成本的纳米粉煤灰沸石的合成方 法，以燃煤电厂废弃物粉煤灰和海水淡化厂产生废物浓海水为原料制备粉煤灰沸石，既解 决粉煤灰浓海水排放引起的环境问题，又能节省生产过程中所需蒸馏水的成本，实现粉煤 灰的资源化。为实现这样的目的，本发明以粉煤灰为原料，首先将粉煤灰与氢氧化钠高温下熔 融；再以浓海水为溶剂，将熔融后粉煤灰与浓海水混合搅拌老化得硅铝凝胶，将硅铝凝胶水 热晶化，晶化后用水洗涤至中性，干燥即得到粉末状产品。具体工艺方法如下1.原料混碱一定量的粉煤灰加入所需量的氢氧化钠，充分混合；氢氧化钠为活 化剂，氢氧化钠与粉煤灰的质量比为1.3 1 1.0 1 ；
2.高温熔融将混合后的固体放入马弗炉下高温熔融煅烧一定的时间，煅烧后得 熟料；煅烧温度为500°C 600°C，煅烧时间为1. 5h 2h ；3.产品的老化及晶化将所得熟料与不同盐度的浓海水按一定比例混合，在室温 下搅拌的条件下老化一定的时间，得硅铝凝胶，将硅铝凝胶在预定的温度下晶化得到产品； 熟料与浓海水的比例为1 5 1 10 (g/ml)，浓海水的盐度为42%。 88%。，浓海水中的 元素参与沸石的合成；晶化温度为35°C 100°C，晶化时间为6h 72h ；4.产品的洗涤和干燥用水洗涤沸石产品近中性，干燥即得到粉末状产品；所得 沸石的粒径极小，达到纳米级。本发明提供了以粉煤灰为原料，以浓海水为溶剂的制备沸石的方法。该制备方法 操作简便，价格低廉，原料的利用率高，可以将粉煤灰中的硅铝成分及海水中的钠元素转化 为沸石的有效成分，所得沸石的产率及结晶度及产率较高。与传统的蒸馏水为溶剂晶化相比，本发明的优点是显而易见的。利用浓海水晶化， 既节省了蒸馏水的成本，有效利用了浓海水中所含的有用元素，而且消除了浓海水的排放 对环境的破坏。通过对海水盐度的调节，可有效利用海水中的钠元素，从而提高沸石产品的 合成产率。利用本发明可实现固体粉煤灰和浓海水两种废弃物的资源化，合成沸石，使之成 为一种环保新材料，可实现高附加价值化。本发明的沸石制备方法既保护环境又节省资源， 因而是一种很有前景的新方法。
图1为实施例1产品的X射线衍射图谱，产品图中含有NaX型的衍射峰，图中X表 示NaX型沸石，图例ZFA42 (60°C )表示浓海水盐度为42%。，晶化温度为60°C ；图2为实施例2产品的X射线衍射图谱，产品图中含有NaX型沸石和羟基方钠石 的衍射峰，图中X表示NaX型沸石，HS表示羟基方钠石，图例ZFA76 (100°C )表示浓海水盐 度为76%。，晶化温度为100°C ；图3为实施例3产品的X射线衍射图谱，产品图中含有羟基方钠石的衍射峰；图中 HS表示羟基方钠石，图例ZFA88(100°C )表示浓海水盐度为88%。，晶化温度为100°C。
具体实施例方式实施例1准确称取非晶相SiO2和Al2O3含量分别为45. 46%和26. 38%的电厂粉煤灰5g，与 5g NaOH均勻混合后置于马弗炉内500°C煅烧1. 5h，得到熟料。所得熟料中加入80ml盐度 为42%。的浓海水，室温下搅拌24h，制得硅铝凝胶。将制备的硅铝凝胶于60°C下水热反应 72h，反应后进行固液分离，经水洗涤至近中性、干燥得到样品，经X射线衍射表征检测，所 得沸石为NaX型沸石，X射线衍射图见附图。测得所得沸石的平均粒径为77. 5nm。醋酸铵 法测定产品的阳离子交换容量为394. 0642mmol/100g,图1为本实施例所得产品的X射线衍 射图。实施例2准确称取非晶相SiO2和Al2O3含量分别为45. 46%和26. 38%的电厂粉煤灰5g，与 6g NaOH混合置于马弗炉内550 V煅烧2h，得到熟料。熟料加入55ml盐度为76%。的浓海水，
4室温下搅拌24h，制得硅铝凝胶。将制备的硅铝凝胶置于聚乙烯衬里的不锈钢反应釜中，密 封后在100°C的自生压力下晶化6h，然后进行固液离心分离，并用去离子水反复洗涤，至滤 液的PH值约为中性。洗涤后的产物置于烘箱中，80°C下烘12h后，研磨成粉末状。X射线衍 射表征分析表明产物中为NaX型沸石和羟基方钠石的混合物，X射线衍射图见附图。计算 合成产物的结晶度，得到NaX含量为2. 2%，羟基方钠石含量为97. 8%，醋酸铵法测定产品 的阳离子交换容量317. 4042mmol/100g，通过元素分析得Na元素含量为18. 8%，通过定量 分析得沸石的合成产率为60. 56%。图2为本实施例所得产品的X射线衍射图。实施例3准确称取非晶相SiO2和Al2O3含量分别为45. 46%和26. 38%的电厂粉煤灰10g， 与12gNa0H混合置于马弗炉内550°C煅烧2h，得到熟料。熟料加入IlOml盐度为88%0的 浓海水，室温下搅拌24h，制得硅铝凝胶。将制备的硅铝凝胶置于聚乙烯衬里的不锈钢反 应釜中，密封后在100°C的自生压力下晶化6h，然后进行固液离心分离，并用去离子水反复 洗涤，至滤液的PH值约为中性。洗涤后的产物置于烘箱中，80°C下烘12h后，研磨成粉末 状。X射线衍射表征分析表明表明产物为羟基方钠石，醋酸铵法测定产品的阳离子交换容 量262. 4004mmol/100g，沸石产品通过元素及化合物分析，测得含H 0.6%, 0 46. 3%, Na 19. 0%,A1 16. 7%, Si 17. 4, H2O 5. 6%, Na2O 25. 6%,A120331. 6%, Si0237 . 2% 图 3 为本 实施例所得产品的X射线衍射图。结合沸石特殊的孔道结构，合成沸石可在催化、吸附、离子交换以及土壤改良方面 有所应用。本发明利用两种废弃物粉煤灰与浓海水，实现粉煤灰和浓海水的资源化利用，是 一种满足可持续发展要求的绿色生产新方法。
权利要求
一种制备纳米粉煤灰沸石的方法，其特征在于以粉煤灰为原料，首先将粉煤灰与氢氧化钠高温下熔融；再以浓海水为溶剂，将熔融后粉煤灰与浓海水混合搅拌老化得硅铝凝胶，将硅铝凝胶水热晶化，晶化后用水洗涤至中性，干燥即得到粉末状产品。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于氢氧化钠为活化剂，氢氧化钠与粉煤灰的 质量比为1.3 1 1.0 1，煅烧温度为500°C 600°C。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于熔融后粉煤灰与浓海水的浓海水的比例 为1 5 1 10 (g/ml)，浓海水盐度为42%。 88%。，浓海水中的元素参与沸石的合成。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于水热反应的温度为35°C 100°C，水热晶 化的时间为6h 72h。
全文摘要
本发明涉及一种制备纳米粉煤灰沸石的方法，以粉煤灰为原料，首先将粉煤灰与氢氧化钠高温下熔融；再以浓海水为溶剂，将熔融后粉煤灰与浓海水混合搅拌老化得硅铝凝胶，将硅铝凝胶水热晶化，晶化后用水洗涤至中性，干燥即得到粉末状产品。结合沸石特殊的孔道结构，合成沸石可在催化、吸附、离子交换以及土壤改良方面有所应用。本发明利用两种废弃物粉煤灰与浓海水，实现粉煤灰和浓海水的资源化利用，是一种满足可持续发展要求的绿色生产新方法。
文档编号B09B3/00GK101993089SQ20101056808
公开日2011年3月30日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者于艳卿, 朱校斌, 李超峰, 王新亭, 邹晓兰 申请人:中国科学院海洋研究所