一种采用煤气化渣富硅组分制备的MCM-41分子筛及其制备方法和应用与流程

本发明涉及工业固体废弃物资源化利用，具体涉及一种采用煤气化渣富硅组分制备的mcm-41分子筛及其制备方法和应用。

背景技术：

1、煤气化作为实现煤炭清洁高效利用的关键技术，在促进煤炭高效转化的同时，也产生了大量煤气化渣。目前，煤气化渣综合利用率低，其处置方式仍以堆放和填埋为主，不仅造成资源浪费，还带来了一定的环境风险。与此同时，染料废水污染形势日益严峻，罗丹明b作为典型的阳离子染料污染物，具有高毒性、致癌性且不易生物降解的特性，亟需开发经济高效的治理技术。煤气化渣通常含有一定的碳含量，颗粒形态不规则且具有发达的多孔结构，其灰分中富含硅酸盐、硅铝酸盐等无机矿物。在此背景下，以煤气化渣为前驱体制备废水净化功能材料，实现“以废治废”的绿色循环目标，为煤气化渣高值化利用与废水处理提供新路径。

2、mcm-41分子筛因高度有序的孔道结构、较高的比表面积以及良好的水热稳定性和化学稳定性，在吸附、催化等领域应用广泛。以煤气化渣为低成本硅源替代昂贵的正硅酸乙酯等化学试剂合成mcm-41，既实现了固废的高值化利用，又大幅降低了分子筛制备成本。然而，现有技术面临关键瓶颈：（1）煤气化渣中的残碳在传统mcm-41合成过程中未被有效利用，通常作为杂质在预处理阶段被去除，造成碳资源的浪费，也增加了酸耗和碱耗。（2）煤气化渣中金属杂质（fe、mg、ca等）易掺杂进入mcm-41骨架，导致分子筛结晶度下降和介孔结构堵塞。（3）多数报道的mcm-41对阳离子染料（如罗丹明b）的吸附主要依赖静电引力，吸附位点有限，吸附容量仍有较大提升空间，且缺乏对吸附选择性的有效调控。

3、因此，开发一种采用煤气化渣富硅组分制备的mcm-41分子筛及其制备方法和应用，不仅能够实现硅源的高效提取、残余碳的协同利用、吸附性能的显著提升，同时降低工艺能耗和化学品消耗，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种采用煤气化渣富硅组分制备的mcm-41分子筛及其制备方法和应用。

2、为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

3、提供一种采用煤气化渣富硅组分制备mcm-41分子筛的制备方法，采用如下步骤：

4、s1：对煤气化渣进行预处理，获取得到煤气化渣中的富硅成分；

5、s2：将富硅成分使用盐酸溶液进行酸洗；

6、s3：将酸洗产物采用去离子水洗涤至废液呈中性后，滤干后投入氢氧化钠溶液中进行搅拌反应，反应结束后过滤取液体得到na2sio3富集液；

7、s4：将na2sio3富集液与十六烷基三甲基溴化铵和水混合后，室温下搅拌反应后，用醋酸调节ph值至5.5~10.5，继续搅拌反应；

8、s5：将步骤s4得到的反应体系在高温高压水热釜内进行水热晶化反应，反应完成后过滤取固体；

9、s6：将滤得的固体洗涤干燥后，煅烧即得到mcm-41分子筛。

10、进一步的，步骤s1具体为：

11、s11：将煤气化渣进行筛分，筛除富碳组分，保留气化渣；

12、s12：对气化渣进行磁选，除去其中的磁性氧化物后，干燥至含水率至1%以下；

13、s13：对干燥后的气化渣进行理化性能测试筛出得到富硅组分。

14、进一步的，步骤s2具体为：将富硅成分投入质量分数为10~25%的盐酸溶液，在60~100℃下搅拌回流反应2~6h，热处理后的富硅成分与盐酸溶液的用量比为1g∶10ml。

15、进一步的，步骤s3具体为：将酸洗产物采用去离子水洗涤至废液呈中性后，滤干，将滤干后的酸洗产物投入浓度为1~4mol/l的氢氧化钠溶液中，在60~100℃下搅拌回流反应4~8h过滤取液体得到na2sio3富集液，滤干后的酸洗产物与氢氧化钠溶液的用量比为1g∶10ml。

16、进一步的，步骤s4具体为：测定na2sio3富集液中的硅酸钠的摩尔量，并向na2sio3富集液中投入十六烷基三甲基溴化铵后，在室温下搅拌反应3小时；用醋酸调节ph值至5.5~10.5后继续在室温下搅拌反应2小时；

17、十六烷基三甲基溴化铵与na2sio3富集液中的硅酸钠的摩尔比为0.1~0.5∶1.0。

18、进一步的，步骤s5水热晶化反应具体为：在80~120℃下反应24~72小时。

19、进一步的，步骤s6具体为：将滤得的固体采用去离子水洗涤至废液呈中性后，在105℃下干燥12小时，干燥完成后，在空气气氛下进行煅烧，煅烧过程采用2℃/min的升温速率升温至550℃，煅烧6小时。

20、本发明还提供采用上述的制备方法制备得到的mcm-41分子筛。

21、本发明还提供一种采用煤气化渣富硅组分制备mcm-41分子筛的系统，包括：旋风分离器，用于将煤气化渣进行分离、得到不同粒度的煤气化渣；磁选装置，与旋风分离器的出料口连通、将旋风分离器排出的不同粒度煤气化渣中的磁性氧化物吸出；理化筛分装置，与磁选装置的出料口连接、对磁选装置排出的气化渣进行检测并筛出富硅组件；酸洗装置，与理化筛分装置的出料口连接、对富硅组件进行酸性处理得到酸洗产物；碱洗装置，与酸洗装置的出料口连接、对酸洗产物进行碱洗处理得到富硅滤液；搅拌装置，与碱洗装置的出料口连接、对富硅滤液进行搅拌得到混合液；晶化装置，与搅拌装置的出料口连接、对混合液进行高温高压加热得到晶化液；过滤装置，与晶化装置的出料口连接、对晶化液进行过滤洗涤得到滤渣；煅烧装置，与过滤装置的出料口连接、对滤渣在空气气氛下进行煅烧得到mcm-41分子筛样品；干燥装置，设于磁选装置与理化筛分装置之间、酸洗装置与碱洗装置之间、过滤装置与煅烧装置之间，干燥装置对输入的产物进行干燥除水。

22、本发明的有益效果为：

23、本发明以煤气化渣为低成本硅源制备mcm-41分子筛，有效解决了现有技术中煤气化渣综合利用率低、残碳资源浪费、金属杂质导致分子筛结晶度下降与介孔结构堵塞，以及阳离子染料吸附容量有限等关键瓶颈问题，实现了固废高值化利用与废水治理的有机结合。本发明通过旋风分离器对气化渣进行粒级分离，实现碳硅组分的初步分离与分级分质利用，再经高梯度磁选机分离磁性氧化物，显著降低了金属杂质对后续分子筛合成的不利影响，提升了产品性能，同时实现了资源的高效回收与环保效益提升。

24、采用酸洗碱浸与水热合成相结合的工艺，不仅高效提取了煤气化渣中的富硅组分，还协同利用了残余碳资源，大幅减少了酸耗、碱耗与工艺能耗，降低了分子筛制备成本。在优化工艺条件下制备的mcm-41分子筛比表面积高达900m2/g，具有高度有序的介孔结构，对罗丹明b等典型阳离子染料展现出优异的吸附性能，可作为高效吸附剂应用于染料废水处理。

25、本发明操作简便，低能耗、低成本，易于实现连续化生产，真正达到了"以废治废"的绿色循环目标，实现了煤气化渣的减量化、资源化与无害化利用，具有显著的经济效益、环境效益与应用前景。

1.一种采用煤气化渣富硅组分制备mcm-41分子筛的制备方法，其特征在于，采用如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：将富硅成分投入质量分数为10~25%的盐酸溶液，在60~100℃下搅拌回流反应2~6h，热处理后的富硅成分与盐酸溶液的用量比为1g∶10ml。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：将酸洗产物采用去离子水洗涤至废液呈中性后，滤干，将滤干后的酸洗产物投入浓度为1~4mol/l的氢氧化钠溶液中，在60~100℃下搅拌回流反应4~8h过滤取液体得到na2sio3富集液，滤干后的酸洗产物与氢氧化钠溶液的用量比为1g∶10ml。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s4具体为：测定na2sio3富集液中的硅酸钠的摩尔量，并向na2sio3富集液中投入十六烷基三甲基溴化铵后，在室温下搅拌反应3小时；用醋酸调节ph值至5.5~10.5后继续在室温下搅拌反应2小时；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤s5水热晶化反应具体为：在80~120℃下反应24~72小时。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤s6具体为：将滤得的固体采用去离子水洗涤至废液呈中性后，在105℃下干燥12小时，干燥完成后，在空气气氛下进行煅烧，煅烧过程采用2℃/min的升温速率升温至550℃，煅烧6小时。

8.采用权利要求1~7所述的制备方法制备得到的mcm-41分子筛。

9.一种采用煤气化渣富硅组分制备mcm-41分子筛的系统，其特征在于，包括：旋风分离器，用于将煤气化渣进行分离、得到不同粒度的煤气化渣；磁选装置，与所述旋风分离器的出料口连通、将所述旋风分离器排出的不同粒度煤气化渣中的磁性氧化物吸出；理化筛分装置，与所述磁选装置的出料口连接、对所述磁选装置排出的气化渣进行检测并筛出富硅组件；酸洗装置，与所述理化筛分装置的出料口连接、对富硅组件进行酸性处理得到酸洗产物；碱洗装置，与所述酸洗装置的出料口连接、对酸洗产物进行碱洗处理得到富硅滤液；搅拌装置，与所述碱洗装置的出料口连接、对富硅滤液进行搅拌得到混合液；晶化装置，与所述搅拌装置的出料口连接、对混合液进行高温高压加热得到晶化液；过滤装置，与所述晶化装置的出料口连接、对晶化液进行过滤洗涤得到滤渣；煅烧装置，与所述过滤装置的出料口连接、对滤渣在空气气氛下进行煅烧得到mcm-41分子筛样品；干燥装置，设于所述磁选装置与所述理化筛分装置之间、所述酸洗装置与所述碱洗装置之间、所述过滤装置与所述煅烧装置之间，所述干燥装置对输入的产物进行干燥除水。