本發明屬于沸石分子篩的綠色制備和應用領域,具體涉及一種高性能成型方鈉石的綠色制備方法及應用。
背景技術:
1、方鈉石,國際分子篩協會框架類型代碼為sod。方鈉石的化學式為4na2o?3al2o3?6sio2,硅(si)和鋁(al)的原子比為1:1,鈉(na)離子含量高。通過離子交換和靜電作用,在吸附脫水和吸附金屬離子方面,方鈉石具有較高的工業應用前景。目前,國內和國際上制備方鈉石的方法分為三種:1、使用化學試劑作為原料的方法;2、使用天然礦物和亞熔鹽活化的方法;3、使用天然礦物和機械活化的方法。方法1中所使用的化學試劑來源于天然礦物,總體制備步驟多、能耗和成本高。方法2使用了天然礦物,可減少天然礦物到化學試劑再到方鈉石的工業生產步驟,但亞熔鹽活化法所使用的固體堿較多,成本較高,且廢棄的堿對環境的二次污染較大。方法3使用機械對天然礦物進行活化,在活化階段可適當減少堿的使用量,降低堿的使用成本和對環境的二次污染,但需要將天然礦物在高溫下預熱活化;此外,需要對活化、成型后的中間物進行熱處理,最后還需要在高含量的堿溶液中進行水熱晶化,該方法能耗高、固體堿總使用量仍較高,對環境的二次污染仍較大。上述3種方法制備得到的方鈉石還需要成型才能在工業中應用,甚至因為機械強度較低、無法較好地進行工業應用。因此,尋求一種低能耗、低物耗、對環境二次污染小的綠色制備高性能成型方鈉石的方法在工業上具有重要的意義。
2、氮甲基吡咯烷酮,能溶解有機物,因此在電子和電池等行業作為清洗劑廣泛使用。但氮甲基吡咯烷酮也能與水混溶,容易在清洗過程中引入水,影響電子和電池等產品的質量。使用高性能成型方鈉石對使用(清洗)前或使用(清洗)后的氮甲基吡咯烷酮進行吸附,不僅可降低水含量,還可降低金屬離子含量。水(包括生活用水、生活污水、工業廢水)的重金屬離子含量較高時,無法直接使用或排放,可通過化學沉淀法降低水中重金屬離子的含量,但當含量降低到一定程度后,化學沉淀法的效果降低、成本提高、對環境的二次污染增加。此時,使用高性能成型方鈉石進行吸附,可進一步降低重金屬離子的含量,甚至完全除去水中的重金屬離子,保障人體健康,還有利于工業廢水的回收利用,回收有價值的重金屬離子。
技術實現思路
1、本發明的目的是提供一種高性能成型方鈉石的綠色制備方法及其在吸附除水和吸附金屬離子方面的應用。
2、為實現上述目的,本發明采用如下技術方案:
3、一種高性能成型方鈉石的綠色制備方法,包括以下步驟:
4、(1)將天然礦物和固體堿按比例混合均勻,接著加入去離子水進一步混合均勻,得到混合物;
5、(2)以35-45轉/分鐘的速度用擠條機中的雙螺旋桿將混合物擠出(根據需要使用孔徑為1~10?mm之間的模具),得到成型的混合物;
6、(3)將成型的混合物晶化、抽濾、洗滌,然后切斷、破碎,得到不同形狀要求的高性能成型方鈉石。
7、進一步地,步驟(1)所述的天然礦物為硅藻土或高嶺土。
8、進一步地,步驟(1)所述的固體堿為碳酸鈉、氫氧化鈉或碳酸氫鈉。
9、進一步地,步驟(1)所述的固體堿和天然礦物的質量比為0.001:1~1.500:1。
10、進一步地,步驟(1)所述的去離子水的添加量為天然礦物和固體堿總質量的5~50%。
11、進一步地,步驟(3)所述的晶化為水熱晶化或熱活化晶化。其中,所述的水熱晶化過程如下:將成型的混合物在40-160?oc條件下干燥0.1-4?h,然后將混合物轉移至水熱釜中,加入氫氧化鈉溶液,在60-170?oc條件下水熱反應0.1-6?h;所述的熱活化晶化過程如下:將成型的混合物在40-160?oc條件下加熱0.1-8?h。
12、所述的氫氧化鈉溶液與混合物的質量比為0.5:1~6:1,所述的堿溶液中堿的含量為0-12?mol/l。
13、進一步地,步驟(3)所述的抽濾的次數為1-6次,抽濾所使用的去離子水與晶化后的產物的質量比為1:1~600:1。
14、所述的高性能成型方鈉石可用于吸附除水或吸附金屬離子。
15、所述的吸附除水包括使用成型方鈉石作為干燥劑,降低特定環境如傅立葉變換紅外光譜儀內部的濕度,保障儀器穩定、長期地正常運行。所述的吸附除水還包括使用成型方鈉石吸附有機物中的水,所述的有機物包括氮甲基吡咯烷酮等。
16、所述的吸附金屬離子為使用成型方鈉石吸附氮甲基吡咯烷酮中的cu2+、zn2+等金屬離子,或者吸附工業廢水、生活污水或生活用水中的co2+、mn2+等金屬離子。其中,工業廢水包括生產精對苯二甲酸產生的精制廢水、氧化母液和氧化殘渣(處理后)。
17、與現有成型方鈉石的制備技術相比,本發明提供的綠色制備方法無需預熱活化或亞熔鹽活化天然礦物的步驟,晶化步驟簡單、堿使用量少,是低能耗、低物耗的綠色制備方法。所制備的成型方鈉石具有機械強度高、吸水率高以及對金屬離子的最大吸附容量高的特性,可用于吸附除水和吸附金屬離子,是一種性能優異的材料。
1.一種高性能成型方鈉石的綠色制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據權利要求1所述的一種高性能成型方鈉石的綠色制備方法,其特征在于,步驟(1)所述的天然礦物為硅藻土或高嶺土,所述的固體堿為碳酸鈉、氫氧化鈉或碳酸氫鈉。
3.根據權利要求1所述的一種高性能成型方鈉石的綠色制備方法,其特征在于,步驟(1)所述的固體堿和天然礦物的質量比為0.001:1~1.500:1,所述的水的添加量為天然礦物和固體堿總質量的5~50%。
4.根據權利要求1所述的一種高性能成型方鈉石的綠色制備方法,其特征在于,步驟(3)所述的晶化為水熱晶化或熱活化晶化,所述的水熱晶化過程如下:將成型的混合物在40-160?oc條件下干燥0.1-4?h,然后將混合物轉移至水熱釜中,加入氫氧化鈉溶液,在60-170?oc條件下水熱反應0.1-6?h;所述的熱活化晶化過程如下:將成型的混合物在40-160?oc條件下加熱0.1-8?h。
5.根據權利要求4所述的一種高性能成型方鈉石的綠色制備方法,其特征在于,所述的氫氧化鈉溶液與混合物的質量比為0.5:1~6:1,所述的氫氧化鈉溶液中氫氧化鈉的含量為0-12?mol/l。
6.根據權利要求1所述的一種高性能成型方鈉石的綠色制備方法,其特征在于,步驟(3)所述的抽濾的次數為1-6次,抽濾所使用的去離子水與晶化后的產物的質量比為1:1~600:1。
7.一種根據權利要求1~6任一項所述的綠色制備方法得到的高性能成型方鈉石。
8.一種根據權利要求1~6任一項所述的綠色制備方法得到的高性能成型方鈉石在吸附除水或吸附金屬離子中的應用。
9.根據權利要求8所述的應用,其特征在于,所述的吸附除水是將成型方鈉石作為干燥劑,降低環境濕度;或者,使用成型方鈉石吸附有機物中的水。
10.根據權利要求8所述的應用,其特征在于,所述的吸附金屬離子為使用成型方鈉石吸附氮甲基吡咯烷酮中金屬離子,或者吸附工業廢水、生活污水或生活用水中金屬離子。