[发明专利]一种基于粉煤灰制备ZSM-5分子筛的方法

说明书

本发明属于固体废物资源化领域，具体涉及一种以工业固体废物粉煤灰为原料，直接合成ZSM‑5分子筛的方法。本发明上述基于粉煤灰制备ZSM‑5分子筛的方法，以工业固体废物粉煤灰为原料，无需经过任何酸处理或碱处理，不需添加任何活化剂类物质进行前处理，也不需任何提铝提硅的预处理操作，仅通过加入模板剂和硅源材料形成干胶，进一步经过蒸汽结晶处理及高温煅烧方式，直接合成所需ZSM‑5分子筛。整个工艺合成步骤简单，操作条件温和，具有环境友好、可操作性强、重现性高的优势，实现了粉煤灰的高值利用，适宜于工业推广。

技术领域

本发明属于固体废物资源化领域，具体涉及一种以工业固体废物粉煤灰为原料，直接合成ZSM-5分子筛的方法。

背景技术

ZSM-5沸石是美国Mobile oil公司于上个世纪六十年代末合成出来的一种含有机胺阳离子的水合硅铝酸盐新型沸石分子筛，具有硅铝比变化范围大、水热稳定性好等特点。由于它在化学组成、晶体结构及物化性质方面具有许多独特性，在很多有机催化反应中显示出了优异的催化效能，被广泛应用于化工及环保等行业。但是，由于合成ZSM-5沸石所需的硅源和铝源材料的价格较为昂贵，导致ZSM-5分子筛成本偏高，经济性偏低。

粉煤灰是一种煤燃烧后残留的工业固体废弃物，不仅严重污染土壤、水体和空气，并且随着其排放量逐年增加，环境压力日益增大。现有粉煤灰的处理再利用主要是被当作建筑材料添加剂，产品附加值极低。而鉴于粉煤灰的主要组成是SiO₂和Al₂O₃，使其成为制备ZSM-5分子筛额可行性原料。

如中国专利CN108892151A公开了一种粉煤灰ZSM-5分子筛，其通过将粉煤灰与无水碳酸钠混合焙烧后，经溶解并和无水碳酸钠以及水和氢氧化钠混合后，补加硫酸铝、模板剂、硅溶胶，进一步辅助后续晶化后制备得到ZSM 5分子筛。又如中国准李CN109205641A公开了一种以粉煤灰为原料制备ZSM-5分子筛的方法，其通过将粉煤灰经酸化处理后的固体物作为原料直接制备得到ZSM 5分子筛。又如中国专利CN110156044A公开了一种无钠粉煤灰基ZSM-5分子筛的制备方法，首先将粉煤灰球磨后用马弗炉充分煅烧活化，然后加入一定量的蒸馏水和盐酸，经水热反应后得到酸洗粉煤灰，进一步外加硅源和模板剂经水热反应，得到ZSM 5分子筛。

但是，上述基于粉煤灰制备ZSM-5分子筛的方法，粉煤灰均需要经过酸碱处理以提铝提硅，或者需要添加其它固体物料进行混熔，才能进一步通过水热结晶合成ZSM-5分子筛，整个方法存在工艺复杂、反应条件苛刻、环境污染大等缺点，不适宜于大规模工业生产推广。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于粉煤灰制备ZSM-5分子筛的方法，该方法中，粉煤灰无需经过酸碱处理，并不需添加任何活化剂类物质，不需任何提铝提硅操作，可直接合成ZSM-5分子筛，具有合成步骤简单、环境友好、操作条件温和、可操作性强、重现性高的优势；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种基于粉煤灰ZSM-5分子筛，所述ZSM-5分子筛结晶度高、形貌规整，同时实现了固体废弃物粉煤灰的高值利用，具有广阔的应用前景和显著经济效益。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种基于粉煤灰制备ZSM-5分子筛的方法，包括如下步骤：

(1)取粉煤灰加水混匀，并加入模板剂和硅源材料充分混匀，备用；

(2)将所得混合物进行老化处理，并充分搅拌至物料形成干胶；

(3)将所得干胶粉碎，并进行蒸汽晶化处理，所得结晶样品经洗涤并干燥；

(4)将干燥后样品于500-600℃进行煅烧，即得所需ZSM-5分子筛。