[发明专利]利用工业废弃物定向制备的人工沸石及其制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备领域，主要涉及吸附材料制备领域，具体涉及利用工业废弃物定向制备的人工沸石及其制法和应用。

背景技术

工业固体废弃物，是指在工业生产过程中产生的各种废渣、粉尘及其他废物。根据国家环境保护部资料，2013年我国工业固体废弃物年产生量超过32.77亿吨，其中粉煤灰产生量4.6亿吨、占14.8％，煤矸石产生量3.8亿吨、占12.3％，冶炼废渣产生量3.7亿吨，占11.8％(中国环境保护部：http://zls.mep.gov.cn/hjtj/nb/2013tjnb/201411/t20141124_291866.htm)。工业固体废弃物数量巨大、成分复杂，既占用大量土地，也给周围环境造成严重的污染。当前，我国工业固体废弃物主要用于建筑材料(水泥、混凝土等)、农业(肥料、土壤改良剂)及道路工程等低技术含量、低附加值的利用。沸石具有独特的化学结构及性质，广泛应用于催化、吸附及离子交换过程，在环境治理中也得到应用，需求量逐年提高。自然条件下天然沸石生成速度慢、性能差且数量有限；工业合成沸石主要采用Al(OH)₃等工业原料，成本昂贵、工艺复杂且难以规模化生产。粉煤灰、煤矸石、高炉渣等工业固体废弃物与沸石的硅、铝组成上的相似，为其作为原料制备人工沸石提供了可能。

迄今，已有较多以粉煤灰、煤矸石为原料，采用碱熔融法、水热合成法等制备人工沸石的报道，对合成工艺参数的影响、优化也有深入细致的研究工作及成果。但是，多以单种工业固体废弃物为原料制备沸石，有时为合成某一特定晶型的沸石，则往往通过添加化工原料的方式调配合成体系的硅铝比。如申请号为200910021323.8的专利通过添加硅酸钠和氧化铝调节粉煤灰碱熔融前混合料的硅铝比(CN101486470B)；申请号为01126843.3的专利在煤矸石碱熔融前加入氢氧化铝调节混合体系硅铝比(CN1346794A)；申请号为201010537508.7的专利采用原料碱熔融后加入硅铝源调节硅铝比(CN102107878B)。尽管也有利用多种固废为原料配合制备人工沸石的少量报道，如申请号为201310130688.0的专利中以循环流化床锅炉粉煤灰和底灰混合水热制备沸石(CN103204518B)；申请号为201010511239.7的专利中采用不同混合比例的低钙和高钙粉煤灰制备沸石(CN102219233B)；陈莉荣等(陈莉荣,张娜,杜明展等.煤矸石沸石吸附氨氮废水试验研究[J].工业水处理,2014，34(7)：45-47)以煤矸石和高炉渣混合料制备沸石，另外，王海龙(王海龙,徐中慧,吴丹丹等.粉煤灰两步水热法制备人工沸石[J].化工环保,2013,33(3):272-275)、陈晓燕(陈晓燕,李江丽,王行等.粉煤灰合成沸石过程溶解性机理及吸附潜能研究[J],硅酸盐通报,2011,30(2):435-441)等采用ICP-AES研究了粉煤灰中可溶出硅、铝，但这些既不是研究在水热合成沸石的工艺条件下粉煤灰中硅、铝的溶出，也缺乏对粉煤灰硅、铝溶出规律及工艺参数的优化，检测方法对仪器要求高、测试成本高、耗时长。

发明内容

本发明人锐意研究后发现：工业固废中只有在沸石水热合成条件下能溶解出的硅、铝才能参与合成沸石，而现有技术未研究工业固体废弃物原料中可溶出或可利用的硅、铝含量，导致尽管复配了固废原料，但不能精确调节硅铝比，需要很长时间摸索工艺条件，没有定向合成沸石吸附剂的能力。

本发明解决的技术问题是：(1)现有研究不能精确调节硅铝比，没有定向合成沸石吸附剂的能力；(2)现有研究对原料要求苛刻，一般要求原料中二氧化硅和三氧化二铝组分含量总和超过80％。

本发明的目的是：以一种或多种工业固体废弃物为原料，基于所建立的简单、快速但准确的测定水热合成条件下工业固体废弃物中可溶出硅、铝含量的方法，测定各种工业固体废弃物在优化的沸石水热合成条件下可溶出硅、铝含量，精确调配硅铝比，定向制备系列人工沸石吸附剂产品。该技术和系列产品既可综合利用大宗工业固体废弃物、变“废”为宝解决其存放环境污染问题，又可定向制备人工沸石应用广、价值高，环境效益、经济效益和社会效益并举。

本发明所述的“定向”是指：以人工沸石应用为导向，根据不同结构沸石所需的不同的硅铝比，结合原料中硅铝溶解量，有目的地调节原料比例，最大限度节约材料，降低成本，提高沸石产率。