制備高鈣離子交換能力zsm-5微孔分子篩的新方法
【技術領域】
[0001]本發明提供一種制備高鈣離子交換能力ZSM-5微孔分子篩的新方法，屬于無機非金屬材料技術領域。
【背景技術】
[0002]分子篩具有良好的催化性能、吸附性能和離子交換性，在洗滌劑、石化、醫藥和環保等領域有廣泛的應用。ZSM-5分子篩是一種納米微孔材料，具有優良的離子交換、催化和吸附性能，在精細化學工業石油化學工業、醫藥衛生和環境保護等許多領域中具有廣泛的用途和巨大的應用潛力。傳統低溫水熱合成工藝制備的ZSM-5分子篩純度高、性能好且穩定，但其制備原料為正硅酸乙酯、硅膠、水玻璃等化工原料，價格較高且來源有限，致使制備成本居高不下，嚴重制約了 ZSM-5分子篩的大規模使用和應用領域的進一步拓寬。因此，世界各國致力于尋找價格低廉且來源廣泛的天然鋁硅酸鹽礦物原料，如高嶺土、珍珠巖、浮巖、鉀長石和天然紅輝沸石等替代化工原料制備ZSM-5分子篩。
[0003]中國是水稻種植大國，年產稻谷在2億t以上，加工后可得稻殼4000余萬t，稻殼不易吸水，直接施放到田間作肥料又不易腐爛。現階段大多作為初級燃料燃燒，綜合利用率低。稻殼中主要成分為碳氫化合物，此外還含有15?18 %的無定形水合二氧化娃，燃燒后的稻殼灰中含有90%以上的火山巖型高活性二氧化硅。因此稻殼的綜合利用具有重要意義，這不僅能解決大量農業副產物的污染問題，而且還能充分利用資源。目前稻殼硅的開發利用以從稻殼中提取S12為主，而以稻殼硅為原料合成A型和P型分子篩已有報道，本發明利用稻殼硅制備高鈣離子交換能力ZSM-5微孔分子篩。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提出一種利用農業廢棄物稻殼制備的稻殼灰為原料、操作簡便、成本低、產品性能優良的ZSM-5微孔分子篩分子篩的制備方法。其技術內容為:
制備高鈣離子交換能力ZSM-5微孔分子篩的新方法，其特征在于采用以下步驟:(I)采用堿一酸反應法提純稻殼灰得到純度為99 %的二氧化硅粉末；(2)將二氧化硅、氫氧化鋁、氫氧化鈉、正丁胺和去離子水按鈉娃比為6、娃銷比為70~100、娃胺比為3和水娃比為40~60的摩爾比混合攪拌均勻并置入溫水浴鍋中85°C加熱至凝膠狀，置入反應釜中，控制反應溫度為160~180 °C，反應時間為48~72 h，將得到的產物置于IM NaOH溶液中，在65°C下處理4 h，過濾干燥后在550 °C焙燒16 h即得ZSM-5分子篩。
[0005]所述的制備高鈣離子交換能力ZSM-5微孔分子篩的新方法，特征在于:步驟(I)中采用堿一酸反應法提純稻殼灰得到純度為99 %的二氧化硅粉末，具體步驟是將稻殼灰按100 g稻殼灰/L NaOH溶液分散到濃度為I M NaOH溶液中，加熱到90 °C后溶煮2 h后得到硅鈉溶液的前驅體，用硫酸調節該溶液的PH值3~4，反應時間在2~3 h后將沉淀體系靜置冷卻陳化4 h，然后離心分離，用蒸餾水洗滌，離心干燥后制得純度為99 %的二氧化硅。
[0006]本發明與現有技術相比，其優點為: 1、利用稻殼灰為硅源制備ZSM-5微孔分子篩，綠色環保，變廢為寶；
2、所制備的ZSM-5微孔分子篩的鈣離子交換能力高達355(mg/g)以上。
[0007]【附圖說明】:
圖1是ZSM-5微孔分子篩的XRD圖；
圖2是ZSM-5微孔分子篩的SEM圖。
【具體實施方式】
[0008]實施例一:
1、稻殼灰的提純:將稻殼灰按100 g稻殼灰/L NaOH溶液分散到濃度為I M NaOH溶液中，加熱到90 °C后溶煮2 h后得到硅鈉溶液的前驅體，用硫酸調節該溶液的pH值3，反應時間在2 h后將沉淀體系靜置冷卻陳化4 h，然后離心分離，用蒸餾水洗滌，離心干燥后制得純度為99 %左右的二氧化硅。
[0009]2、ZSM-5微孔分子篩的制備:將二氧化硅、氫氧化鋁、氫氧化鈉、正丁胺和去離子水按鈉硅比為6、硅鋁比為70、硅胺比為3和水硅比為40的摩爾比混合攪拌均勻并置入溫水浴鍋中85°C加熱至溶膠狀，將其倒入反應釜中，控制反應溫度為160 °C，反應時間為72h，將得到的產物置于I M NaOH溶液中，在65 °C下處理4 h，過濾干燥后在550 °C焙燒16h即得ZSM-5分子篩。
[0010]實施例二:
1、稻殼灰的提純:將稻殼灰按100 g稻殼灰/L NaOH溶液分散到濃度為IM NaOH溶液中，加熱到90 °C后溶煮2 h后得到硅鈉溶液的前驅體，用硫酸調節該溶液的pH值3.5，反應時間在2.5 h后將沉淀體系靜置冷卻陳化4 h，然后離心分離，用蒸餾水洗滌，離心干燥后制得純度為99 %左右的二氧化硅。
[0011]2、ZSM-5微孔分子篩的制備:將二氧化硅、氫氧化鋁、氫氧化鈉、正丁胺和去離子水按鈉硅比為6、硅鋁比為85、硅胺比為3和水硅比為50的摩爾比混合攪拌均勻并置入溫水浴鍋中85 °C加熱至溶膠狀，將其倒入反應釜中，控制反應溫度為170 °C，反應時間為60h，將得到的產物置于I M NaOH溶液中，在65 °C下處理4 h，過濾干燥后在550°C焙燒16 h即得ZSM-5分子篩。
[0012]實施例三:
1、稻殼灰的提純:將稻殼灰按100 g稻殼灰/L NaOH溶液分散到濃度為IM NaOH溶液中，加熱到90°C后溶煮2 h后得到硅鈉溶液的前驅體，用硫酸調節該溶液的pH值4，反應時間在3 h后將沉淀體系靜置冷卻陳化4 h，然后離心分離，用蒸餾水洗滌，離心干燥后制得純度為99 %左右的二氧化硅。
[0013]2、ZSM-5分子篩的制備:將二氧化硅、氫氧化鋁、氫氧化鈉、正丁胺和去離子水按鈉硅比為6、硅鋁比為100、硅胺比為3和水硅比為60的摩爾比混合攪拌均勻并置入溫水浴鍋中85 °C加熱至溶膠狀，將其倒入反應釜中，控制反應溫度為180 °C，反應時間為48 h，將得到的產物置于IM NaOH溶液中，在65 °C下處理4 h，過濾干燥后在550°C焙燒16 h即得ZSM-5分子篩。
【主權項】
1.制備高鈣離子交換能力ZSM-5微孔分子篩的新方法，其特征在于采用以下步驟:(1)采用堿一酸反應法提純稻殼灰得到純度為99 %的二氧化硅粉末；(2)將二氧化硅、氫氧化銷、氫氧化鈉、正丁胺和去離子水按鈉娃比為6、娃銷比為70~100、娃胺比為3和水娃比為40-60的摩爾比混合攪拌均勻并置入溫水浴鍋中85 °C加熱至凝膠狀，置入反應釜中，控制反應溫度為160~180 °C，反應時間為48~72h，將得到的產物置于IM NaOH溶液中，在65 °C下處理4 h，過濾干燥后在550 °C焙燒16 h即得ZSM-5分子篩。2.如權利要求1所述的制備高鈣離子交換能力ZSM-5微孔分子篩的新方法，特征在于:步驟(I)采用堿一酸反應法提純稻殼灰得到純度為99 %的二氧化硅粉末，具體步驟是將稻殼灰按100 g稻殼灰/L NaOH溶液分散到濃度為IM NaOH溶液中，加熱到90 °C后溶煮2 h后得到硅鈉溶液的前驅體，用硫酸調節該溶液的pH值3~4，反應時間在2~3 h后將沉淀體系靜置冷卻陳化4 h，然后離心分離，用蒸餾水洗滌，離心干燥后制得純度為99 %的二氧化硅粉末。
【專利摘要】本發明提供一種制備高鈣離子交換能力ZSM-5微孔分子篩的新方法，其特征在于采用以下步驟：（1）采用堿—酸反應法提純稻殼灰得到純度為99%的二氧化硅粉末；（2）將二氧化硅、氫氧化鋁、氫氧化鈉、正丁胺和去離子水按鈉硅比為6、硅鋁比為70~100、硅胺比為3和水硅比為40~60的摩爾比混合攪拌均勻并置入溫水浴鍋中85℃加熱至凝膠狀，置入反應釜中，控制反應溫度為160~180℃，反應時間為48~72h，將得到的產物置于1M NaOH溶液中，在65℃下處理4h，過濾干燥后在550℃焙燒16h 即得ZSM-5分子篩。本發明制備的ZSM-5微孔分子篩的Ca2+交換容量為355（mg/g）。
【IPC分類】C01B39/40
【公開號】CN104909385
【申請號】CN201510341846
【發明人】許珂敬, 史曉慧, 張迎迎
【申請人】山東理工大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月19日