一种利用煤气化渣合成MCM-41介孔分子筛的方法

本发明属于固体废弃物利用，具体涉及一种利用煤气化渣合成mcm-41介孔分子筛的方法。

背景技术：

1、作为现代煤化工发展的核心技术，煤气化技术取得了突飞猛进的发展，但也造成了严重的工业固体废弃物排放。气化渣是煤气化过程中产生的一种新型固体废弃物，其由煤和氧气或富氧空气不完全燃烧形成，主要成分是残碳和无机矿物，杂质主要包括钙、镁和铁。为了应对气化渣库存带来的巨大环境压力，实现气化渣技术的“零排放”，发展气化渣资源化利用技术是非常必要的。高附加值材料的制备作为气化渣资源利用的研究热点得到了探索。例如，xu等人(xu,y.c.,xl characterization of coal gasification slag-basedactivated carbon and its potential application in lead removal.environmentaltechnology,2018.39(3):p.10.)研究了工业固废基催化剂，gu等人(gu,y.y.andx.c.qiao,a carbon silica composite prepared from water slurry coalgasification slag.microporous and mesoporous materials,2019.276:p.303-307.)开发了碳-硅复合材料。这些研究进一步拓宽了利用方向，并将煤气化渣中的碳和灰分的利用提高到纳米级。气化渣等工业固体废弃物的利用价值得到明显提升，高附加值材料的制备将成为气化渣资源化利用的先进技术。

2、介孔沸石分子筛材料具有高度有序的孔隙结构，巨大的比表面积，可以支持多种表面基团，它们是优良的吸附和分离剂、催化剂、载体、离子交换器和微反应器，已被广泛应用于石油化工、气体分离等领域。利用气化渣制备分子筛已有报道，目前利用气化渣合成分子筛的技术主要集中于碱熔浸出以及热碱液浸出，以提升硅组分的浸出量。专利cn112250085a公开了利用煤气化渣在无烧碱条件下合成zsm-5分子筛的方法，通过补充不足的硅源和钠源为反应提供碱性环境，但气化渣制备分子筛的技术难点主要集中于硅铝的浸出，这些方法很难灵活控制硅铝比。

3、mcm-41介孔二氧化硅分子筛以其高度有序的孔隙结构、巨大的比表面积和负载各种表面功能团的能力为代表，是一种优良的吸附剂和催化剂。现有技术中用于合成mcm-41的气态二氧化硅和正硅酸四乙酯(teos)的成本很高，气化渣作为更实惠的硅源替代品制备mcm-41暂无报道，并且由于缺乏调节mcm-41硅铝摩尔比的有效方法，现有技术难以直接用来制造mcm-41。

4、如何利用气化渣作为绿色合成原料合成mcm-41，是有待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明一种利用煤气化渣合成mcm-41介孔分子筛的方法。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种利用煤气化渣合成mcm-41介孔分子筛的方法，包括以下步骤：

4、s1.煤气化渣研磨至粒度小于45μm后进行酸浸，酸浸后洗涤煤气化渣至中性，得到酸浸渣和酸浸液；

5、s2.酸浸渣继续进行碱浸，过滤得到碱浸液；

6、s3.在设定浓度的ctab溶液中分别加入酸浸液和碱浸液，常温下搅拌10min得到凝胶材料；

7、s4.所得凝胶材料进行水热反应，110℃水热反应48h，得到的反应物清洗过滤后，收集固体产物并由50℃空气干燥；

8、s5.干燥后固体产物置于马弗炉，550℃空气中焙烧6小时，得到所需mcm-41介孔分子筛。

9、优选的，所述酸浸采用4～6mol/l的盐酸溶液，按煤气化渣和盐酸溶液固液比1g:4ml，在80℃水浴条件下酸浸3～6h。

10、优选的，所述碱浸采用40～70g/l的氢氧化钠溶液，按酸浸渣和氢氧化钠溶液固液比1g:4ml，在95℃水浴条件下碱浸2～4h。

11、优选的，步骤s3中，所述ctab溶液的浓度为0.1mol/l。

12、优选的，记所述凝胶材料中各成分摩尔比为：1sio2:y al2o3:0.2ctab:120h2o，所述碱浸液和ctab(十六烷基三甲基溴化铵)溶液的用量体积比为3:4，所述酸浸液的用量根据碱浸液中si含量和所需硅铝比1:y计算。

13、本发明的有益效果如下：

14、本发明提供了一种以气化渣为合成原料的mcm-41合成方法，利用气化渣中的无机硅、铝组分代替用于合成mcm-41的高成本药剂(气态二氧化硅、正硅酸四乙酯(teos)以及硫酸铝)，合成过程中废气零排放，实现了mcm-41的绿色、低成本合成以及固废化学组分的高效利用。

15、煤气化渣作为低成本的工业废料，含有较高的硅酸铝矿物，为生产有价值的介孔铝硅酸盐材料提供了充足的硅和铝，但硅铝的浸出较为困难。本发明的合成方法包括两步程序，一是高效的铝和硅的浸出过程，二是制备mcm-41：首先，为了减少颗粒大小，增加活性部位的数量，通过研磨对气化渣进行破碎解离，煤气化渣粒径的减小，能使颗粒中的各组分充分暴露出来，促使煤气化渣中的碳相和无机矿物相有效解离，有利于后续处理过程中硅铝的脱除。然后采用盐酸浸出所得到的固体中的金属元素；无定形硅酸铝中的配位铝和气化渣中赤铁矿形式的铁在酸活化过程中被去除，因此得到的酸浸液中富含al3+和fe3+作为合成分子筛的铝源，另外无定形二氧化硅的反应性也得到提高。酸性活化气化渣再与稀碱溶液混合，完全浸出无定形二氧化硅，所得碱性浸出液作为合成al-mcm-41的硅源。最后利用酸浸液和碱浸液代替高成本药剂正硅酸四乙酯(teos)等合成mcm-41，极大降低了mcm-41的生产成本。

16、本发明以煤气化渣为原料制备mcm-41，不仅实现了高附加值材料的制备，为mcm-41的开发利用提供了技术基础；还通过对固废资源的消纳，减少了煤气化渣的固废排放，减少了对环境的污染，为气化渣资源化利用的推广提供了新思路。

17、实验表明，本发明以气化渣为原料制备的mcm-41分子筛不仅具有明显的六方介孔结构，介孔有序度也较高，接近纯药剂合成的mcm-41的水平。本发明制备的mcm-41分子筛具备更大的孔径以及孔容，因此具备大直径分子的催化能力；分子筛颗粒中存在均匀分布的mg、fe等金属离子，能够提高分子筛催化性能。

技术特征：

1.一种利用煤气化渣合成mcm-41介孔分子筛的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种利用煤气化渣合成mcm-41介孔分子筛的方法，其特征在于，所述酸浸采用4～6mol/l的盐酸溶液，按煤气化渣和盐酸溶液固液比1g:4ml，在80℃水浴条件下酸浸3～6h。

3.如权利要求2所述的一种利用煤气化渣合成mcm-41介孔分子筛的方法，其特征在于，所述碱浸采用40～70g/l的氢氧化钠溶液，按酸浸渣和氢氧化钠溶液固液比1g:4ml，在95℃水浴条件下碱浸2～4h。

4.如权利要求3所述的一种利用煤气化渣合成mcm-41介孔分子筛的方法，其特征在于，步骤s3中，所述ctab溶液的浓度为0.1mol/l。

5.如权利要求4所述的一种利用煤气化渣合成mcm-41介孔分子筛的方法，其特征在于，记所述凝胶材料中各成分摩尔比为：1sio2:y al2o3:0.2ctab:120h2o，所述碱浸液和ctab溶液的用量体积比为3:4，所述酸浸液的用量根据碱浸液中si含量和所需硅铝比1:y计算。

技术总结本发明属于固体废弃物利用技术领域，具体涉及一种利用煤气化渣合成MCM‑41介孔分子筛的方法。首先将煤气化渣研磨后进行酸浸，酸浸后洗涤煤气化渣至中性，得到酸浸渣和酸浸液；酸浸渣继续进行碱浸，过滤得到碱浸液；在设定浓度的CTAB溶液中分别加入酸浸液和碱浸液，常温下搅拌得到凝胶材料；所得凝胶材料进行水热反应，得到的反应物清洗过滤后，收集固体产物并干燥，最后置于马弗炉焙烧，得到所需MCM‑41介孔分子筛。本发明以煤气化渣为原料制备MCM‑41，为MCM‑41的开发利用提供了技术基础；还通过对固废资源的消纳，为气化渣资源化利用的推广提供了新思路。技术研发人员：姚蒴,田全志,张海军,潘银海,王海楠,位都,孟伟杰,张震受保护的技术使用者：中国矿业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11