结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛的制备方法及其应用

本发明属于环保材料的设计与制备，具体公开了一种结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛的制备方法及其应用，其主要是制备一种吸附亚甲基蓝和金属离子的煤矸石-塑料活性炭分子筛用于环境保护。

背景技术：

1、煤矸石是采煤和洗煤过程中产生的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。其含有丰富的矿物质化合物，如：sio2，al2o3，mgo，fe2o3等金属化合物。根据地区的不同，这些化合物含量有明显区别。塑料作为常见的高分子化合物，自上个世纪50年代发明以来就被广泛应用于生产生活中。塑料通常是由c-c键或c-x键相连接而成的大分子聚合物，都含有丰富的碳元素，其中聚苯乙烯（ps）的碳含量达到92.2%，聚丙烯（pp）达到85.6%，聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）达到62.6%。煤矸石的平均产量约占煤炭总产量的15%。经过多年的煤炭开采，仅在中国，煤矸石的累计矿藏量就达到了45亿吨，并且仍然以每年3-3.5亿吨的速度保持增长。煤矸石的大量堆放，导致土地大量被占用，且在长时间的堆放过程中有害物质会随雨水流入河流和地下，造成水体环境污染。同时塑料从1950年的180万吨增加到2018年的4.65亿吨，而常见的塑料处理方式有焚烧、填埋等方法，这不但会排放大量的co2和占用大量土地，还会产生环境污染，影响气候，同时与我国的“双碳”战略背道而驰。因此，如何对煤矸石和塑料合理回收，并将其转废为宝尤为重要。分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成。因其具有孔径结构常被用于吸附污染物，但常见的用于吸附的分子筛都是微孔结构，且很难吸附大分子污染物，同时，由于其反应条件的不同其比表面积也相差较大。如何解决分子筛比表面积低，吸附能力差等缺点，制备出孔结构可控，高比表面积的分子筛是目前待研究内容。煤矸石含有丰富的硅铝酸盐是制作分子筛的良好材料，同时利用废塑料得到的活性炭（pac）与煤矸石得到的分子筛（pms）结合制备结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛（pma），用于水体中大分子污染物及重金属的吸附。因此，开发出一种能够吸附重金属离子和大分子污染物的煤矸石-塑料活性炭分子筛吸附剂具有一定的应用前景和现实意义。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种利用煤矸石与废塑料制备分子筛吸附剂的方法，该方法是以煤矸石，废塑料为原料，通过水热结晶法制备的pma吸附材料，该吸附材料具有孔结构可控，高比表面积的优点，同时也解决了废弃物高效利用的问题。

2、本发明技术方案：（一）结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

3、（一）将废弃的煤矸石放入球磨机中，控制其球料比2∶1，球磨2h，用去离子水清洗后放入80℃的烘箱中干燥备用，即可得到煤矸石粉料；

4、（二）取废弃塑料，以一定比例与煤矸石粉料进行混合均匀后，加入一定量的naoh再进行充分混合，将混合物放入管式炉中进行高温煅烧，在氮气气氛下，以10℃/min的升温速率，在700-900℃保温2h后，得到活化后的煤矸石-塑料混合物，备用；

5、（三）采用水热法，将活化后的煤矸石-塑料混合物与na2alo3和水按一定的质量比放入聚四氟乙烯的反应釜中，在60℃烘箱中下陈化1-4h，转移到70-130℃下结晶6h，离心洗涤至中性，干燥后即可得到煤矸石-塑料活性炭分子筛pma。

6、进一步，步骤（二）中所述废弃塑料为聚苯乙烯泡沫，pet塑料瓶，聚乙烯地膜中的一种。

7、进一步，步骤（二）中所述废弃塑料与煤矸石粉料的质量比为1∶1或2∶1或3∶1或4∶1。

8、进一步，步骤（二）中所述的氢氧化纳与煤矸石粉料的质量比为1.5∶1。

9、进一步，步骤（二）中所述的煅烧温度为750℃。

10、进一步，步骤（三）中所述的活化后的煤矸石-塑料混合物与naalo2和水质量比为5∶2.75∶80。

11、进一步，步骤（三）中所述的陈化时间为2h。

12、进一步，步骤（三）中所述的结晶温度为90℃。

13、（二）将上述制备好的煤矸石-塑料活性炭分子筛进行应用，能针对废水中的有机物亚甲基蓝以及重金属污染物铜离子进行有效吸附。

14、本发明与现有技术相比，有如下技术效果：（1）仅采用煤矸石，废塑料两种原料和naalo2，naoh来制备分子筛-活性炭吸附材料。制备方法简单，无有毒有害物质产生，原料来源广泛，廉价易得，实现了对煤矸石、废塑料的高效二次利用，提高了煤矸石、废塑料的经济附加价值，同时解决了煤矿固体废弃物的处置问题。（2）煤矸石分子筛由于加入废塑料活性炭，塑料活性炭在分子筛的表面生长，增加了分子筛表面的粗糙程度，比表面积进一步增大。同时破坏分子筛表面可以得到微孔、介孔、大孔，且晶体内部也出现不同孔结构。（3）制备的分子筛-活性炭吸附材料可以用来提升吸附亚甲基蓝污染物的吸附容量，同时对小尺寸污染物铜离子的良好吸附性能没有减弱，实现了对亚甲基蓝和铜离子的高效吸附。（4）经济成本低，对比其它吸附剂，该pma原料廉价，所需药品少且价格便宜。（5）本方法利用大量堆存的煤矸石和废弃塑料制备了pma，用于污染物的吸附，实现了 “以废治废”的目的，缓解了环境污染；同时该方法也具有制备方法简单、能耗低等特点。

技术特征：

1.结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛的制备方法，其特征在于：步骤（二）中所述废弃塑料为聚苯乙烯泡沫，pet塑料瓶，聚乙烯地膜中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛的制备方法，其特征在于：步骤（二）中所述废弃塑料与煤矸石粉料的质量比为1∶1或2∶1或3∶1或4∶1。

4.根据权利要求1所述的一种结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛的制备方法，其特征在于：步骤（二）中所述的氢氧化纳与煤矸石粉料的质量比为1.5∶1。

5.根据权利要求1所述的一种结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛的制备方法，其特征在于：步骤（二）中所述的煅烧温度为750℃。

6.根据权利要求1所述的一种结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛的制备方法，其特征在于：步骤（三）中所述的活化后的煤矸石-塑料混合物与naalo2和水质量比为5∶2.75∶80。

7.根据权利要求1所述的一种结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛的制备方法，其特征在于：步骤（三）中所述的陈化时间为2h。

8.根据权利要求1所述的一种结构可控的煤矸石-塑料活性炭分子筛的制备方法，其特征在于：步骤（三）中所述的结晶温度为90℃。

9.将权利要求1制备好的煤矸石-塑料活性炭分子筛进行应用，其特征在于：所述pma能针对废水中的有机物亚甲基蓝以及重金属污染物铜离子进行有效吸附。

技术总结
本发明公开了一种结构可控的煤矸石‑塑料活性炭分子筛的制备方法，包括以下步骤：（一）将废弃的煤矸石放入球磨机中得到煤矸石粉料；（二）取废弃塑料，与煤矸石粉料和NaOH混合，高温煅烧，得到活化后的煤矸石‑塑料混合物；（三）采用水热法，将活化后的煤矸石‑塑料混合物与Na2AlO3和水放入反应釜中，随后陈化、结晶、离心、干燥后即可得到煤矸石‑塑料活性炭分子筛PMA。其主要用于吸附污染水体中的亚甲基蓝和金属离子用于环境保护。

技术研发人员：武荣兰,陈国浩,刘罡,张峥,李纪阳
受保护的技术使用者：新疆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14