利用粉煤灰合成低硅铝比NaP分子筛

doi:10.7503/cjcu20140845

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (2): 229.doi: 10.7503/cjcu20140845

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利用粉煤灰合成低硅铝比NaP分子筛

陈彦广^1,²(), 解骢浩^1,², 韩洪晶^1,², 赵法军³, 王宝辉^1,²

1. 东北石油大学化学化工学院
2. 石油与天然气化工黑龙江省重点实验室, 3. 石油工程学院, 大庆 163318
3. 石油工程学院, 大庆 163318

收稿日期:2014-09-18 出版日期:2015-02-10 发布日期:2015-01-22
作者简介:联系人简介: 陈彦广, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事废弃物资源化利用与能源化工研究. E-mail: ygchen79310@126.com
基金资助:
国家自然科学青年基金(批准号: 51204057)、中国博士后科学基金(批准号: 2012M510918)、黑龙江省自然科学青年基金(批准号: QC2011C034)、黑龙江省新世纪优秀人才项目(批准号: 1254-NCET-004)、黑龙江省青年学术骨干支持计划(批准号: 1252G007)和黑龙江省博士后资助项目(批准号: LBH-Z12274)资助

Preparation of NaP Zeolite with Low Si/Al Molar Ratio from Flying Ash^†

CHEN Yanguang^1,^2,^*(), XIE Conghao^1,², HAN Hongjing^1,², ZHAO Fajun³, WANG Baohui^1,²

1. College of Chemistry & Chemical Engineering
2. Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Oil & Gas Chemical Technology
3. College of Petroleum Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China

Received:2014-09-18 Online:2015-02-10 Published:2015-01-22
Contact: CHEN Yanguang E-mail:ygchen79310@126.com
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.51204057), China Postdoctoral Science Foundation(No.2012M510918), the Natural Science Foundation of Heilongjiang Province, China(No.QC2011C034), the Program for New Century Excellent Talents of Heilongjiang Province, China(No.1254-NCET-004), the Foundation for University Key Teacher of Heilongjiang Province, China(No.1252G007) and the Heilongjiang Postdoctor Fund, China(NoLBH-Z12274)

摘要/Abstract

摘要：

以粉煤灰分级处理获得的硅铝组分Na₂SiO₃和NaAlO₂为原料, 通过水热反应制备了NaP型分子筛. 考察了钠盐不同阴离子和有机空间位阻剂对NaP分子筛制备的影响, 优化了水热合成NaP分子筛的工艺参数, 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和BET方程对NaP分子筛产品的晶型、形貌和孔容进行分析表征, 对NaP分子筛吸附水溶液中Ni²⁺的性能进行了评价. 结果表明, 合成NaP分子筛的最佳原料摩尔比为n(Na₂O)∶n(SiO₂)∶n(Al₂O₃)∶n(H₂O)=3.23∶1.95∶1∶226, 反应温度为120 ℃, 晶化时间为8 h. 当钠盐中阴离子为Br^-时, 可增大P型分子筛产率并提高其纯度. 添加有机空间位阻剂三乙醇胺(TEA)[n(TEA)∶n(Al₂O₃)=1∶1]时, 合成的P型分子筛粒径较小且具有较大的孔容, 此时对应的Ni²⁺去除率较高, 可达96.2%.

关键词: 粉煤灰, NaP分子筛, 水热合成, 有机空间位阻剂, 阴离子, Ni2+

Abstract:

Taking Na₂SiO₃ and NaAlO₂ obtained from flying ash by staged treatment as raw material, NaP zeolite was prepared via hydrothermal method. The influences of organic steric agents and sodium salts with different anions on the preparation of NaP zeolite were investigated. The synthetic parameters of the hydrothermal system for NaP zeolite were optimized. The crystal form, morphology and pore volume of the NaP zeolite were characterized by X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM) and Brunauer-Emmett-Teller(BET) surface analysis, respectively. The adsorption performance of the NaP zeolite in Ni²⁺-containing solution was evaluated. The results show that the optimal parameters for the preparation NaP zeolite are as following: n(Na₂O)∶n(SiO₂)∶n(Al₂O₃)∶n(H₂O)=1.66∶1∶0.51∶116, the reaction temperature is 120 ℃, crystalization time is 8 h. Br^- is in favor of improving the purity and increasing the yield of NaP zeolite. With the addition of triethylolamine(TEA), the grain size of NaP zeolite becomes smaller and the pore volume is enlarged. The maximum removal rate for Ni²⁺ is about 96.2%.

Key words: Flying ash, NaP zeolite, Hydrothermal synthesis, Organic steric agent, Anion, Ni2+

中图分类号:

O611.4
X773

TrendMD:

陈彦广, 解骢浩, 韩洪晶, 赵法军, 王宝辉. 利用粉煤灰合成低硅铝比NaP分子筛. 高等学校化学学报, 2015, 36(2): 229.

CHEN Yanguang, XIE Conghao, HAN Hongjing, ZHAO Fajun, WANG Baohui. Preparation of NaP Zeolite with Low Si/Al Molar Ratio from Flying Ash^†. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(2): 229.

图/表 16

Fig.1 Structure of P zeolite framework

Fig.2 Synthetic routes of NaP zeolite from flying ash

Fig.3 XRD patterns of products prepared with different molar ratios of H2O/SiO2 n(H2O)/n(SiO2): a. 96; b. 116; c. 136; d. 156. X, P and S represent X-type, P-type zeolites and SOD, respectively.

Fig.4 XRD patterns of products prepared with different reaction temperature X, P and S represent X-type, P-type zeolites and SOD, respectively. Reaction temperature/℃: a. 90; b. 105; c. 120; d. 135.

Fig.5 XRD patterns of products prepared at different reaction time Reaction time/h: a. 2; b. 4; c. 6; d. 8.

Fig.6 SEM images of products prepared for different reaction time Reaction time/h: (A) 2; (B) 4; (C) 6; (D) 8.

Fig.7 XRD patterns of products prepared with different additives a. TEA; b. MEA; c. DEA.

Fig.8 SEM images of products prepared with different additives

Table 1 Yield and average diameter of NaP with different additives

Organic steric agent	Yield(%)	Average diameter/μm
	87.8	2.78
TEA	80.2	1.64
MEA	81.8	2.25
DEA	78.4	2.65

Fig.9 Yield of NaP prepared with different n(TEA)/n(Al2O3) ratios

Fig.10 SEM image of NaP prepared at n(TEA)/n(Al2O3)=1

Fig.11 XRD patterns of products prepared with NaCl(a), NaBr(b), NaNO3(c) and NaOH(d)

Fig.12 SEM(A) and EDS(B) results of NaP prepared with the addition of NaBr

Table 2 Variation of pH value of solution and yield of product

NaX	pH(before reaction)	pH(after reaction)	Yield(%)
NaOH	14.38	14.47	87.8
NaCl	14.22	14.11	89.7
NaBr	14.22	14.26	94.2
NaNO₃	14.23	14.19	90.1

Fig.13 Result of Ni2+ removed by NaP zeolite prepared with different treatment method

Table 3 Pore volume and diameter of zeolites

Treatment method	Pore volume/(cm³·g^-1)	Average diameter/nm
Raw	0.026456	22.00225
NaBr addition	0.043124	7.59387
TEA addition^*	0.046964	4.31398

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	(Ed.: F, K, M)

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