浅谈NaP分子筛及其吸附性能

粉煤灰是燃煤电厂、煤化工等企业排出的一种工 业固体废弃物，是煤粉燃烧产生的锅炉烟气经静电集 尘器收集后获得的细小粉尘．煤炭是我国的主要能源， 随着能源需求量的急剧增加，我国已成为世界上最大 的排灰国，并且粉煤灰的综合利用率与发达国家也有 较大差距．粉煤灰排放量逐年增加，不但占用土地，而且会污染土壤、水体、空气．迄今为止我国粉煤灰堆积量已 高于 40 亿吨，存放占地多于 50 万亩．其中 80%～90%的 利用率还仅局限用于制备水泥、填路和建筑辅料等低 值利用．对粉煤灰的应用正在从低附加值的水泥等建筑 材料向高附加值的领域转变．

1 实验部分

1．1 原料与仪器

实验中使用河南晋开化工投资控股集团有限责任 公司二分公司的造气工段航天炉的粉煤灰为原料，经 XＲF 检 测 其 化 学 组 成 为 SiO2 ∶ 55． 26%，Al2O3 ∶ 26．85%，Fe2O3 ∶ 5． 53%，CaO ∶ 5． 29%，K2O ∶ 1． 92%， MgO ∶ 1．7%，除此之外，还有微量的 TiO2 等杂质．无水 碳酸钠，30%过氧化氢，无水乙醇，氨水，盐酸，碘，硝酸 镍，柠檬酸铵，碘化钾，无水氯化钙，钙羧酸指示剂，乙 二胺四乙酸二钠，氢氧化钠，丁二酮肟: 分析纯． SX2－4－10NP 马弗炉( 上海一恒科技有限公司) ， TG16－WS 离心机( 湖南湘仪实验室仪器开发有限公 司) ，PH－3C 型 PH 计( 杭州奥立龙仪器有限公司) ， GL-3250A磁力搅拌器(其林贝尔磁力搅拌器GL-3250A) ，TU－1900 双光束紫外可见分光光度计．

1．2 硅源和铝源的提取

取一定量粉煤灰，按比例为 1 ∶ 1．5 加入Na2CO3， 在坩埚中研磨，使其混合均匀，用马弗炉在840 ℃下焙 烧 3 h．焙烧后按质量体积比为 1 ∶ 10 向其中加入 4 mol/L HCl 溶液，在 40 ℃下水浴搅拌 2 h，离心分离，上 层液体为粗 AlCl3溶液，下层沉淀为粗硅胶．粗 AlCl3溶液先加入适量 H2O2，再加 2 mol/L NaOH 溶液调 pH 得 到上层清液为 NaAlO2溶液，然后通入 CO2气体得到 Al ( OH) 3．将2 mol/L 的NaOH 溶液按体积比1 ∶ 1 加入粗 硅胶，在 60 ℃下水浴搅拌 1 h 后过滤得到硅酸钠溶液， 再通入 CO2气体得到 H2SiO3．

1．3 分子筛的合成

按照物质的量之比 SiO2 ∶ Al2O3 ∶ Na2O ∶ H2O= 1 ∶ 0．51 ∶ 1．66 ∶ ( 106 ～ 136) ，将 NaOH 和去离子水混 合，分别加至粉煤灰提取的 H2SiO3 和 Al( OH) 3 沉淀 中，搅 拌 至 溶 解，得 到 Na2SiO3 和 NaAlO2 溶 液，将 NaAlO2逐滴加入 Na2SiO3 中，搅拌 30 min 后移至反应 釜中在 120 ℃下晶化 8 h 得到产品。

1．4 分子筛表征

采用荷兰菲利普公司 Pert Pro 型 X 射线粉末衍 射仪( XＲD) 测定样品的物相组成( 测试条件: Cu 靶，管电压 40 kV，管电流 40 mA，λ = 0．154 18 nm) ． 采用日本电子株式会社公司的场发射扫描电镜 ( JSM－7610F) 对样品的微观形貌进行表征．采用德 国布鲁克公司的 S2 Ｒanger 型 X 射线荧光光谱仪测 定粉煤灰的硅铝比，测试方法为硼酸压片法．

2 结果与讨论

按照物质的量之比为 SiO2 ∶ Al2O3 ∶ Na2O = 1 ∶ 0．51 ∶ 1．66 配置前驱液，在晶化温度为 120 ℃，晶化时间 8 h时考察水硅比对 NaP 分子筛的影响，不同水硅比条件 下分子筛产物 XＲD 表征结果和 SEM 图如图1 和图 2 所 示．由图1 可知，当 H2O/SiO2 = 136 时，得到 NaP 分子筛 的结晶度最高，峰强最大，其主要 X 射线衍射峰为 2θ = 12．46°、17．66°、21．67°、28．10°、33．38°．当 H2O/SiO2＜136 时， 均出现了较多的杂相分子筛．从图 2 中可以看出，当 H2O/SiO2 =136 时，分子筛的尺寸较均匀，约为1．5 μm．

先配制 镍 标 准 工 作 液，按照丁二酮肟分光 光度法进行显色与测量，绘制镍校准曲线． 然 后 称取 0． 1 g 分 子 筛，加 入 到 100 mL 的 20 mg /L 镍标准工作液中，将其混合液放置在磁力搅拌 器上不断搅拌，对 Ni2+ 进行吸附，每隔 30 min 用 塑料吸管取混合液约 4 mL 对其进 行 离 心 分 离， 吸取离心管中上层清液 3 mL 作 为 待 测 样 品．

3 结论

通过粉煤灰高温焙烧活化和酸浸除杂后， 提取其中的硅铝元素作为合成分子筛的硅源和铝 源，经水热晶化法成功制备出了 NaP 分子筛．通过考 察前驱液中的水硅比、硅铝比等因素对合成分子筛的影响，从而得到了合成 NaP 分子筛的最佳合成工 艺为 SiO2 ∶ Al2O3 ∶ Na2O ∶ H2O = 1 ∶ 0．51 ∶ 1．66 ∶ 136，晶化温度和时间分别为 120 ℃和 8 h．通过考察 水硅比、硅铝比、晶化时间等因素对分子筛合成的影 响，得 到 NaP 分子筛的最佳合成工艺为 SiO2 ∶ Al2O3 ∶ Na2O ∶ H2O= 1 ∶ 0．51 ∶ 1．66 ∶ 136．通过 Ni 2+ 和 Ca2+ 吸附实验对 NaP 分子筛进行性能评价，Ni 2+ 的去除率最大可达99．58%，Ca2+ 交换能力达到 373 mg /g．