一种利用含钛高炉渣制备ZSM-5沸石的方法与流程

本发明属于固废综合利用及沸石合成领域，具体涉及一种利用含钛高炉渣制备zsm-5沸石的方法。

背景技术：

含钛高炉渣是高炉冶炼钒钛磁铁矿生产中的副产品之一，随着钢铁企业的快速发展，含钛高炉渣的排放量日益增加。据统计，我国含钛高炉渣存量已经累计超过7000万吨，且一直未得到充分的利用。其中，中低钛高炉渣的tio2含量一般在5％-12％之间，达不到工业提炼钛的要求，另一方面这些tio2又会导致含钛高炉渣活性不足，难以像普通高炉渣一样用作水泥混凝土掺合料。因此，如何资源化利用含钛高炉渣已经成为一个迫在眉睫的问题。

zsm-5沸石是一种高硅铝比沸石，因其具有比表面积大、孔隙均匀、晶体结构规整、吸附能力强等特点，在吸附剂和催化剂领域表现出了巨大潜力。目前zsm-5沸石合成的原料通常来自于高成本的纯试剂硅源、铝源以及有机模板剂，为了降低生产成本，利用廉价原料合成zsm-5沸石是当前领域的研究热点。由于含钛高炉渣中，sio2、tio2和al2o3含量超过了50％，其中sio2、al2o3均是合成沸石的主要原料，而tio2又是光催化的主要活性组分。因此，将其作为沸石的合成原料用于制备zsm-5沸石并应用于催化领域是其高值化利用的重要途径之一，并且目前尚无以含钛高炉渣为硅源和铝源合成zsm-5沸石的相关报道。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用含钛高炉渣制备zsm-5沸石的方法，其特征在于，包括以下步骤:

1)将含钛高炉渣研磨后加入盐酸处理，再洗涤并干燥，得到酸浸钛渣；

2)将偏铝酸钠、氢氧化钠和步骤1)得到的酸浸钛渣加入去离子水中，得到混合物i，再加入zsm-5晶种并搅拌、活化，得到混合物ii；

3)将步骤2)中混合物ii置于高压反应中进行水热反应，反应完成后，产物为zsm-5沸石。

进一步，步骤1)中，含钛高炉渣为高炉冶炼钒钛磁铁矿产生的高炉渣。

进一步，步骤1)中，采用浓度为2～5mol/l的盐酸，含钛高炉渣与盐酸的固液比为1∶8～1∶16。

进一步，步骤2)中，测定酸浸钛渣中的al2o3和sio2，

氢氧化钠以na2o计算，偏铝酸钠以al2o3计算，则混合物i的配比为：na2o、h2o、sio2和al2o3的摩尔比为(0.09～0.21)∶(15～30)∶1∶0.037。即氢氧化钠以na2o计算(即把氢氧化钠的物质的量折算为na2o的物质的量，2mol氢氧化钠折算为1mol的na2o)，偏铝酸钠以al2o3计算(即把偏铝酸钠的物质的量折算为na2o的物质的量，2mol偏铝酸钠折算为1mol的al2o3)，则混合物i的配比为：na2o、h2o、sio2和al2o3的摩尔比为(0.09～0.21)∶(15～30)∶1∶0.037。

进一步，步骤2)中，zsm-5晶种与sio2的质量比为3wt％∶1。

进一步，步骤2)中，得到混合物i时，超声30～60min。

进一步，步骤2)中，得到混合物ii时，搅拌30min,在60-90度活化4-6h。

进一步，步骤3)中，所述高压反应釜具有聚四氟乙烯内衬，反应时，温度为160～200℃，反应时间为24～48h。

进一步，步骤3)中，将反应完的产物水洗干燥，得到zsm-5沸石。

本发明要求保护上述方法制得的zsm-5沸石。

本发明的优点是：

1)经济环保，采用廉价原料，且没有添加昂贵的模板剂，一方面降低了沸石的生产成本，另一方面，为含钛高炉渣的资源化利用找到了新途径，实现了含钛高炉渣的高值化利用，减少了对环境的污染。

2)按照本发明合成的zsm-5沸石结晶度良好，沸石颗粒均匀，在吸附和催化领域具有较大的应用前景。

附图说明

附图1为本发明制备的zsm-5沸石的xrd图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

将含钛高炉渣干燥，破碎，研磨，称取10g磨细钛渣与5m盐酸溶液混合搅拌后，去除钙、镁等碱性氧化物，洗涤、过滤，烘干，得到酸浸钛渣,酸浸前后主要成分如表1所示。利用酸浸钛渣提供全部硅源和部分铝源合成zsm-5沸石，采用的原料摩尔比为na2o:h2o:sio2:al2o3＝0.12:20:1:0.037，按照上述配比称取酸浸钛渣、偏铝酸钠，氢氧化钠，依次加入到去离子水中，超声分散30min；再加入3wt％zsm-5晶种，搅拌30min；将上述混合物置于70℃恒温水浴锅中陈化5h。然后将上述溶液转移至高温反应釜中进行水热反应，放置于170℃烘箱中晶化36h,最后将反应完的产物经洗涤、干燥即得到zsm-5沸石。得到的zsm-5沸石的xrd图见图1，如图所示，以含钛高炉渣为合成原料，采用酸浸-活化-晶种法制备得到的zsm-5沸石结晶度良好，特征峰明显。

表1酸浸钛渣化学成分表(wt％)

实施例2：

钛渣的酸浸方法同实施例1。

利用酸浸钛渣提供全部硅源和部分铝源合成zsm-5沸石，采用的原料摩尔比为na2o:h2o:sio2:al2o3＝0.09:15:1:0.037，按照上述配比称取酸浸钛渣、偏铝酸钠，氢氧化钠，依次加入到去离子水中，超声分散30min；再加入3wt％zsm-5晶种，搅拌30min；将上述混合物置于70℃恒温水浴锅中陈化5h。然后将上述溶液转移至高温反应釜中进行水热反应，放置于170℃烘箱中晶化36h,最后将反应完的产物经洗涤、干燥即得到zsm-5沸石。其xrd结果与实施例1相同。

实施例3

钛渣的酸浸方法同实施例1。

利用酸浸钛渣提供全部硅源和部分铝源合成zsm-5沸石，采用的原料摩尔比为na2o:h2o:sio2:al2o3＝0.21:30:1:0.037，按照上述配比称取酸浸钛渣、偏铝酸钠，氢氧化钠，依次加入到去离子水中，超声分散30min；再加入3wt％zsm-5晶种，搅拌30min；将上述混合物置于70℃恒温水浴锅中陈化5h。然后将上述溶液转移至高温反应釜中进行水热反应，放置于170℃烘箱中晶化36h,最后将反应完的产物经洗涤、干燥即得到zsm-5沸石。其xrd结果与实施例1相同。

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