[发明专利]一种煤矸石基分子筛及其碱熔融-水热制备方法

说明书

本发明提供了一种煤矸石基分子筛及其碱熔融‑水热制备方法，该制备方法将煤矸石粉体和氢氧化钠混合研磨后进行焙烧，制得碱熔融煤矸石；将碱熔融煤矸石、偏铝酸钠与水混合并搅拌均匀后，经水热反应制得分子筛粗产物，分子筛粗产物依次经过滤、洗涤和干燥后，制得煤矸石基分子筛。本发明的煤矸石基分子筛的碱熔融‑水热制备方法，以煤矸石粉体、氢氧化钠和偏铝酸钠作为原料，结合碱熔融法和水热法，能够制得具有优良结构特性的煤矸石基分子筛。该制备方法简化了分子筛的制备工艺，进而提高了分子筛的合成效率。

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，涉及煤矸石资源化利用，具体涉及一种煤矸石基分子筛及其碱熔融-水热制备方法。

背景技术

随着全球经济和时代的迅速发展，来自矿产开发和能源生产等行业的工业固体废弃物激增，这些工业固体废弃物的产量大、难储存且难降解。煤炭作为世界上第二大主要能源，其在开采及利用过程中产生了大量以煤矸石为主的煤基固体废弃物。煤矸石的累积量主要是由于煤炭的开采和利用活动而增加的，目前其已经成为煤矿工业的主要有害副产品。据报道，煤矸石的平均产量约为原煤产量的10～15％，目前中国的煤矸石存量约为50亿吨。

煤矸石是选煤过程中从块煤中分离出来的主要工业固体废物，煤矸石的大量堆积不仅占用了大面积土地资源，进而还诱发了土地退化、地下水污染等一系列环境问题，因此煤矸石的高效处理成为了一个世界性的难题。煤矸石主要资源化利用途径包括用于发电、地下采空区充填、土建工程等。此外还能够被用作催化剂载体、水泥生产原料和回收有价值金属。

煤矸石主要有由炭质页岩、泥灰岩、砂质页岩、硫铁矿物、泥质页岩及少量煤组成，其中的主要化学成分为二氧化硅(SiO₂)和三氧化二铝(Al₂O₃)，与沸石在元素组成上非常相似。由于煤矸石烧成温度低，其中的硅元素和铝元素主要以较高活性的非晶态形式存在，从化学组成上来看是合成人工沸石分子筛的理想原料。

分子筛又名沸石，是一类具有多孔性的铝硅酸钠盐，其晶体中的骨架是由SiO₄四面体和AlO₄四面体通过定焦的氧原子连接而成，其孔径小于2nm，微孔结构呈规则孔道或笼型结构。因此，分子筛具有较大的比表面积和孔结构性能、强的吸附容量和高的阳离子交换容量，此外还具有优异的水热稳定性。目前分子筛被广泛应用于环境和工业领域，包括吸附剂、催化剂、离子交换剂、抗菌材料等新前沿领域。

现有的分子筛的制备方法均需采用模板剂，模板剂能够对分子筛的微孔结构起到调节和导向作用。但在实际制备过程中，存在工艺复杂、合成效率低等问题。此外，合成分子筛大多采用水热法，水热合成法需要大量去离子水作为溶剂，制备时产生的碱性废水会造成严重的环境污染。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矸石基分子筛及其碱熔融-水热制备方法，解决现有技术中的分子筛制备方法工艺复杂且合成效率低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种煤矸石基分子筛的碱熔融-水热制备方法，该制备方法包括：将煤矸石粉体和氢氧化钠混合研磨后进行焙烧，制得碱熔融煤矸石；将碱熔融煤矸石、偏铝酸钠与水混合并搅拌均匀后，经水热反应制得分子筛粗产物，分子筛粗产物依次经过滤、洗涤和干燥后，制得煤矸石基分子筛；

所述的煤矸石基分子筛由碱熔融煤矸石和偏铝酸钠组成。

本发明还具有如下技术特征：

具体的，该制备方法不采用模板剂。

具体的，所述的碱熔融煤矸石和偏铝酸钠的质量之比为(3～5):1。

具体的，所述的煤矸石基分子筛的平均孔径为