13x型沸石-活性炭复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种13X型沸石-活性炭复合材料及其制备方法。该复合材料的晶粒尺寸为1～2微米的多孔结构，其孔径为0.8～1纳米。本发明制备的13X型沸石-活性炭复合材料不仅具有微孔和中孔的复合孔结构特征，而且同时具有亲水性和亲油性以及离子交换性质，与功能单一的活性炭或者粉煤灰制备的吸附剂相比，具有更强吸附性能，并且可以吸附分子更大的极性或者非极性的污染物质。
【专利说明】13X型沸石-活性炭复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种13X型沸石-活性炭复合材料及其制备方法，特别是一种利用富含石英煤矸石制备13X型沸石-活性炭复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近些年来，在我国以及世界范围内空气以及环境污染问题已成为了非常严重的问题，这不仅影响动植物的生长，而且危害人类身体健康。很多研究人员开发、利用各种吸附剂来解决这些问题，其中广泛利用的是活性炭和沸石。活性炭与沸石作为两类重要的工业吸附剂，已广泛应用于各种气体、液体的分离和净化，但由于原料和生产成本过高，以及各自单一的孔结构特征和表面特性，使其应用范围受到一定的限制。活性炭不仅具有微孔和中孔的复合孔结构特征，而且具有亲油的吸附特征，沸石不仅具有大小均匀的微孔的孔结构特征，而且具有亲水的吸附特征。近年来，一些人利用粉煤灰，含高岭石的煤矸石等廉价原料制备活性炭、沸石。迄今为止，制备这些吸附剂中使用的煤矸石原料，含有较高的高岭石或者其他铝硅酸盐的煤矸石，而利用含有大量α -石英的煤矸石制备沸石-活性炭的研究未见报道。
【发明内容】
[0003]本发明的目的之一在于针对单一的活性炭和粉煤灰制备的吸附剂吸附性能较低的问题，提供一种13Χ型沸石-活性炭复合材料。该复合材料不仅具有高的吸附性能，而且充分利用了煤矸石中的硅、铝、碳元素。
[0004]本发明的目的之二在于提供该复合材料的制备方法。该方法以煤矸石为原料，NaOH为活化剂，调整活化剂浓度、焙烧温度、陈化和晶化温度及时间，制备了 13Χ型沸石-活性炭复合材料。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的原理为:
1)焙烧过程中部分低活性的高岭土转化为高活性偏高岭土:
Al2O3.2Si02.2H20 — Al2O3.2Si02+2H20(I)
同时，还有一部分高岭土与氢氧化钠反应生成硅铝酸盐和硅酸盐:
Al2O3.2Si02.2H20 +NaOH — NaAlS14 + Na2S15 +H2O (2)
2)陈化过程中碱液与高活性物质的反应:
Al2O3.2Si02+Na0H — Na2S13+ NaAlO2(3)
同时(2)的反应物与(3)的反应物进行反应，即生成硅铝凝胶 NaAlSi 04+Na2 S i 05+Na2 S i 03+NaA 12 —
Nax (AlO2) y.(S12) z.NaOH.2H20
3)陈化和晶化后得到13X型沸石，化学式如下:
(0.8-1.0) Na2O: Al2O3: (3.3-3.6) S12: (6-7) H2O
根据上述原理，本发明采用如下技术方案:一种13X型沸石-活性炭复合材料，其特征在于该复合材料的化学式为:xNa20: Al2O3:ΥS12:ZH2O，其中 x=0.8 ~1.0，y=3.3 ~3.6，z=6 ~7。
[0006]上述的复合材料的晶粒尺寸f 2微米的多孔结构，其孔径为0.8^1纳米。
[0007]—种制备上述的13X型沸石-活性炭复合材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为:
a.采用的原料为富含石英的煤矸石，该煤矸石中S12的重量百分含量为:48~58%;Al2O3的重量百分含量为:15~20% ；
b.在惰性气氛下，将步骤a所述的富含石英的煤矸石和活化剂NaOH按1.1~1.2的重量比混合均匀后，在700°C~850°C活化f 3小时，然后进行陈化，晶化得粗产物，将该粗产物经抽滤，洗涤，直至pH=8~9，干燥后得到13X型沸石-活性炭复合材料。
[0008]上述的陈化的条件为:25°C~65°C陈化5~15小时。
[0009]上述的晶化条件为:90°C~100°C晶化5~15小时。
[0010]本发明提供了一种以含有大量α -石英的煤矸石为主要原料，以固体NaOH为活化剂制备13Χ型沸石-活性炭的方法，同时充分利用了煤矸石中的硅、铝、碳元素。
[0011]本发明制备的13Χ型沸石-活性炭复合材料不仅同时具有微孔和中孔的复合孔结构特征，而且同时具有亲水性和亲油性以及离子交换性质，与功能单一的活性炭或者粉煤灰制备的吸附剂相比， 具有更强吸附性能，并且可以吸附分子更大的极性或者非极性的污染物质。利用煤矸石制备的13Χ型沸石-活性炭复合材料处理空气或者水体中的污染物质是一种“以废制废”的方法，可以同时解决废渣的处理问题和环境污染问题，具有巨大的社会效益和经济效益。
【具体实施方式】
[0012]现将本发明的具体实施例叙述于后。
[0013]具体实例I
本实施例用富含石英煤矸石制备13Χ型沸石-活性炭的方法，具体制备过程和步骤如
下:
1、本发明中采用的原料为富含石英煤矸石，主要的矿物相为石英和少量的高岭土。该固体废弃物的成分及其重量百分含量如下:
S1254%
Al2O321%
煤和其他有机物15%
其他氧化物 10%
2、用富含石英煤矸石制备活性炭。以2克富含石英煤矸石为原料，NaOH为活化剂，混合均匀后，在氮气流动气氛下进行焙烧，750°C保温I小时，再在氮气流动气氛中冷却至室温。
[0014]3、将活化后的产物加入到一定浓度的氢氧化钠溶液中，使钠硅摩尔比=2.2，水钠摩尔比=30，然后在25°C下搅拌陈化12小时。
[0015]4、将陈化后的产物倒入反应釜中，100°C下晶化12小时。
[0016]5、将产物抽滤，洗涤，直至pH=8，在100°C下干燥2 h，即可制得高吸附性能的13X型沸石-活性炭复合材料。[0017]上述利用富含石英煤矸石制备的13X型沸石-活性炭复合材料，主要物相为13X型沸石和活性炭。13X 型沸石的分子式为(0.8-1.0) Na2O: Al2O3: (3.3-3.6) S12: (6-7) H2O,晶粒尺寸1-2微米。
【权利要求】
1.一种13X型沸石-活性炭复合材料，其特征在于该复合材料的化学式为=XNa2O:Al2O3Iy Si02:zH20,其中 x=0.8 ~1.0, y=3.3 ~3.6, ζ=6 ~7。
2.根据权利要求1所述的13Χ型沸石-活性炭复合材料，其特征在于所述的复合材料的晶粒尺寸为1!2微米的多孔结构，其孔径为0.8^1纳米。
3.一种制备根据权利要求1所述的13Χ型沸石-活性炭复合材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤为: a.采用的原料为富含石英的煤矸石，该煤矸石中S12的重量百分含量为:48~58%;Al2O3的重量百分含量为:15~20% ； b.在惰性气氛下，将步骤a所述的富含石英的煤矸石和活化剂NaOH按1.1!1.2的重量比混合均匀后，在700°C~850°C活化f 3小时，然后进行陈化，晶化得粗产物，将该粗产物经抽滤，洗涤，直至p H=8~9，干燥后得到13X型沸石-活性炭复合材料。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的陈化的条件为:25V~65°C陈化5~15小时。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的晶化条件为:90Π00?晶化5~15小时。
【文档编号】B01J20/20GK104028220SQ201410266100
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】甄强, 崔明日, 布乃敬 申请人:上海大学