一種利用硅鋁沸石制備介孔氧化硅并回收鋁的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及硅鋁沸石資源化以及介孔氧化硅材料制備領域，具體涉及一種利用硅鋁制備介孔氧化硅材料并提取硅鋁沸石中鋁元素的資源化綜合利用新技術。
【背景技術】
[0002]介孔材料以其優異的孔徑分布(2?50nm)和較大的比表面積，在吸附、分離、催化和藥物包埋與輸送等許多方面具有越來越廣泛的應用。介孔氧化硅是介孔材料中最為龐大的無機材料家族之一，以其高比表面積、優良的熱穩定性、較好的水熱穩定性、豐富的表面酸堿位以及較厚的孔壁等特性，已被廣泛應用于吸附分離、催化、離子交換、微反應等領域，具有很高的附加值。
[0003]目前，介孔材料的制備主要采用模板法。模板法是指利用表面活性劑(軟模板)或一些介孔材料(硬模板)為造孔劑或骨架結構與化工原料形成中間體，然后通過除去模板成分而獲得介孔結構的一種方法。然而，為了保證軟模板的穩定形成與高度有序，對于模板劑、原料和溶劑等在純度與種類方面具有很高的要求。這些模板劑、原料與溶劑等不但造價昂貴，且部分(如硅酸乙酯、甲醇、苯)甚至有毒有害。而后續的有機模板煅燒去除工藝則會增加工藝的復雜性，并造成環境污染與模板劑的浪費。硬模板法則大多利用軟模板法合成的有序材料(有序介孔氧化硅或介孔碳)為硬模板，而后去除硬模板的方法來制備目標介孔材料。顯然，硬模板法具有更高的成本。高昂的成本限制了模板法的工業化應用。
[0004]顯而易見，無需模板劑與模板材料并以廉價易得的礦物材料為原料制備介孔材料的工藝，即利用礦物材料無模板法制備介孔材料工藝，可以降低介孔材料的生產成本，促進介孔材料的產業化應用并為天然易得的礦物材料的綜合利用提供新的研究方向。
[0005]大多數天然礦物中都含有較高的硅鋁組分，具有制備高附加值介孔氧化硅材料的潛力。另一方面，鋁是重要的生活、工業基礎原料，是一種被廣泛應用且具有重要社會地位的基礎材料。因此，若是能夠探索出利用天然礦物制備介孔氧化硅材料并提取其中鋁的簡單且低成本的工藝技術，將極大地促進天然礦物的資源化利用。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種低成本的，工藝簡單的硅鋁沸石資源化綜合利用以及介孔氧化硅制備新技術，即利用硅鋁沸石制備介孔氧化硅材料并提取鋁元素的新技術。
[0007]為了實現上述目的，本發明的技術方案是:
[0008]—種利用硅鋁沸石制備介孔氧化硅并回收鋁的工藝，包括以下步驟:
[0009]將硅鋁沸石與酸溶液反應，通過酸處理徹底破壞沸石的晶體結構，浸出其成分中的金屬元素，然后固液分離，得到固體相和含鋁的酸溶液;將固體相洗滌并干燥，即得到介孔氧化硅材料，其比表面積為580?SOOmVg，最可幾孔徑為3.5?4.5nm，過濾后得到的含鋁的酸溶液進彳丁提銷ο
[0010]酸處理工藝的主要目的是徹底破壞沸石的晶體結構，浸出其成分中的鈉和鋁等金屬元素，得到介孔材料。其采用的酸溶液應能夠用來破壞沸石的晶體結構，可為強酸(如HCl、HNO3、H2SO4等)溶液中的一種或二種以上按任意配比的混合物，或者強酸溶液(一種或多種)與其他弱酸(如醋酸、HNO2)按適宜配比的混合物。需要注意的是，若硅鋁沸石中含有較多的鈣和鋇元素，則不提倡使用含硫酸根的酸溶液，因為難溶于強酸的CaSO4和BaSO4沉淀的生成會導致制備的介孔氧化硅純度下降。
[0011 ] 所述酸溶液為I?lOmol/L的HCl溶液，沸石與HCl溶液在40?100 °C的條件下反應2?12h，固液比為lkg:4?50L。
[0012]本申請對于硅鋁沸石的品位并沒有十分苛刻的要求，但若硅鋁沸石中含有不能溶于強酸的固體物質，則會降低得到的介孔氧化硅的比表面積。換言之，硅鋁沸石中能溶于強酸的雜質成分對于得到的介孔氧化硅的品位并沒有太大影響。
[0013]在本領域中，沸石是一種常見的微孔材料(孔道孔徑小于2nm)，在晶體結構方面，其由[S14]四面體和[AlO4]四面體四個角頂共用并沿三維空間連接，最終成為架狀的晶體。與其他架狀硅酸鋁鹽不同，沸石中具有次級結構單位，這些次級單位在沸石晶體結構中組成一定形狀的多面體空間，即所謂的籠(如，α-籠，β-籠，γ-籠)。因此，沸石具有較高的比表面積(400?SO(WVg)，在吸附、催化、分離、離子交換等領域具有較為廣泛的應用。然而，隨著科學的不斷發展，傳統礦物型硅鋁沸石的應用受到越來越多的限制，其主要的缺陷有:
(I)沸石的孔道為微孔尺寸(大多數小于lnm)并不適用于包含大分子的化學反應；(2)盡管大多數礦物型硅鋁沸石具有較為完美的晶體結構，但因其成分中含有較多的鋁，其酸穩定性以及熱穩定很低。因此，研發和開發高穩定性的介孔材料是無機材料學領域一個重要分支。介孔材料(尤其是介孔氧化硅與介孔碳)具有很高的比表面積、豐富的孔道結構、較為均一的介孔孔徑分布(2?50nm)以及很高的熱穩定性和酸穩定性，在很多微孔沸石分子篩難以完成的大分子的吸附、分離，尤其是催化反應中具有更為廣泛的作用。此外，不能否認的是，沸石正是由于其特殊的晶體構架，從而具有豐富的孔道結構，一旦沸石的晶體結構遭到完全破壞，沸石內部的微孔孔道結構必將崩潰，從而導致其應用價值的喪失。事實上，科研工作者在很久之前已進行了硅鋁沸石結構改性的工作，但都是在保證沸石晶體骨架的前提下進行的，即對硅鋁沸石分子篩進行適當脫鋁，使得沸石骨架中原位產生介孔孔道。這些介孔孔道是由于分子篩骨架局部脫鋁、原位產生空穴而得到的，其孔徑大小以及數量與脫鋁條件有關，很難控制。簡而言之，目前并沒有關于徹底破壞沸石晶體結構，刻蝕出其中鋁成分，從而得到介孔氧化硅材料的研究與報道。然而本申請進行了思路突破與技術創新，創造性地提出了硅鋁