铁尾矿为原料微波法制备介孔分子筛.pdf

第28卷第1期
有色矿治
Vol 28. N1
2012年2月
NON-FERROUS MINNG AND METALLURGY
February 2012
文章编号:1007-967X(2012)01-0030-4
铁尾矿为原料微波法制备介孔分子筛
于洪浩,李鑫,贺燕
(沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110159)
摘要:以鞍山铁尾矿为硅源,CTAB为模板剂,采用微波輻照法合成出全硅介孔分子筛MCM
41。用N2低温吸附、FT-IR、XRD和TEM等表征手段考察了其比表面积、孔径分布、晶体
形貌等特性。结果表明:微波辐射法合成的MCM-41分子筛诱导期极短,晶化速度很
快,具有典型的按六方对称性排列的孔道结构,T-IR证明了分子筛具有硅氧四面体骨
架
关键词:铁尾矿;微波辐照法;MCM-41;介孔分子媂
中图分类号:TF1113
文獻标识码:B
2.1实验原料
实验所用主要原料是鞍山型铁尾矿(鞍山钢铁
MCM-41具有孔道一维均匀、呈六方有序排集团),其主要成分见表1。其它原料为NaOH(分
列、孔径分布窄,比表面积和吸附容量大等特点,作析纯)、盐酸(分析纯)、十六烷基三甲基溴化铵
为催化剂的载体和表面功能化的基质应具有十分
(CTAB,分析纯)
阔的应用前景“。微波条件下分子筛的水热合成2.2实验过程
是将分子筛的合成体系置于微波辐射范围内,利用2.2.1利用铁尾矿制备硅源
微波对水的介电加热作用进行分子筛合成,是一种
铁尾矿粉过筛,称取粒径小于200目的铁尾矿
新型合成方法。用微波辐射技术进行分子筛合成,粉500g放入刚玉坩埚中,置于马弗炉内在950℃
为制备新型分子筛材料提供了方便而快捷的途径和煅烧4h活化。本试验采用10g铁尾矿22 r NAOH
方法。
为反应原料,按照固相:液相=1:2将NaOH溶解
铁尾矿是钢铁工业的废弃物,目前国内铁尾矿配成溶液。将称取好的铁尾矿及NaOH溶液放入三
的堆积量在2.0x10°t以上,不仅污染周围环境,危口烧瓶中,开动电动搅拌器,用电热套加热110℃
害人民生命财产的安全,而且还占用大量土地、消耗恒温6h后停止搅拌并过滤制得硅源。
资金、浪费资源、影响企业的经济效益。尾矿目2.2.2微波照合成介孔分子筛MCWM-41
前对于铁尾矿的二次利用,主要包括铁尾矿的再选
取一定量的CTAB和去离子水,在磁力搅拌器
和有价元素的综合回收,铁尾矿用做采空区填料或中搅拌大约2h,搅拌速度为120x/m,待CTAB充分
建筑材料等几个方面3-。本文研究了以铁尾矿为溶解到水中,向混合液中添加硅源,继续搅拌,其中
硅源,微波辐照法合成MCM-41分子筛,并对制备
CTAB/SiO2=0.15/1(mol),H20/SiO2=160/1
的样品进行了表征。
(mol)。将混合液的pH值调节到11,并搅拌一定时
2实验
间。将搅拌完毕的前躯体倒人微电脑微波化学反应
表1实验用铁尾矿主要成分
器中,在325W条件下最大晶化180min。将晶化
Table 1 Composition of the iron ore tailings in ex
penmen
后的混合液放人抽滤、洗涤三次,最后在60℃下干
成分
含量(wt%)
成分
含量(wt%)
燥得到MCM-41原粉。干燥后的MCM-41原粉
82.26
0.57
置于马弗炉中,以1℃/min的升温速率升温至500
e2
0.034
0.016
℃,保温300min,然后自然冷却,得到介孔分子筛
燃烧损耗
>1.87
MCM-41。按文献?采用水热合成介孔分子筛
MCM-41作为对比试验。
收稿日期:2011-09-28
作者简介:于洪浩(1980一),男,博士,讲师,研究方向为固体废弃物的资源化利用
第1期
洪浩等:铁尾矿为原料微波法制备介孔分子筛
2.3分析与表征
生=Si-0负离子,而且与表面活性剂发生反应
电感耦合等离子发射光谱(ICP-AEC),Iis生成无定形硅一表面活性剂(=Si-0~-CTA)复
Advangtage1000,美国热电公司;X射线衍射合中间产物。在图2(c)的谱图中没有发现CTAB
(XRD),D/MAX-RB,日本理学公司;比表面积及的特征峰,说明经过焙烧处理后的试样已经将有机
孔隙率测定仪,ASAP2010,美国 Micrometritics公司模板剂去除干净。
傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR), Nicolet380,美国
热电公司;扫描电镜(SEM),3400型,日本日立公
司;微电脑微波化学反应器,WBFY-205,上海精胜
科学仪器有限公司;差热一热重分析,FRC/T-2,北
8跗
京光学仪器厂。
3结果与讨论
4000350030002500200015001000500
波数(cm-1)
3.1XRD分析
图2MCM-41样品的红外光谱图
Fg. 2 FT-IR patterns of MCM-41
A-CTAB b-as-synthesized MCM-41 calcined MCM-4
同时,在图2(b)和图2(c)中出现了MCM-4
水热合成法
介孔分子筛的主要特征骨架振动峰:1088cm'附
微波辐射法
近谱带为Si-0-Si反对称伸缩振动峰,807cm
和466cm'附近谱带分别对应Si-0-i对称伸缩
20(0)
振动峰和四面体弯曲振动峰。以上的红外谱图完全
图1MCM-41分子筛的XRD图谱
类似于无定形二氧化硅结构,这同时说明,虽然构成
Fig. 1 XRD patterns of MCM-41
MCM-41的骨架是按六方结构排列,但其骨架内部
图1为水热合成法与微波辐照法合成MCM
区域是无定形的二氧化硅结构。
1样品的XRD图谱,由图1可看出两个样在d1o面
3.3DTA-TC分析
上均有一个很强的衍射峰,微波辐射法的衍射峰26
=2.01°,水热法的衍射峰26=2.15,这与文献报
6
道的MCM-41介孔分子筛的XRD图谱基本
致0。说明两种方法均可合成出MCM-41介孔分
12水
子筛。样品的(100)晶面间距d1o(nm)的计算公式
为:
006008001000
温度("C)
图3合成的MCM-41的DTA-TG图
根据公式,sin与d1m成反比,微波辐射法的行
ig. 3 TG-DTA curves for uncalcined MCM-41 materials
射峰强度要高于水热法,且孔径大,可见微波辐射法
样品的DTA-TG曲线见图3。由DTA曲线可
的产品效果要比水热法好,因此微波辐射法完全可以看出206℃以下为孔道中吸附水的脱除;3550℃
以取代水热法。
附近有一放热峰,为表面活性剂的分解特征。从TG
3.2FT-IR分析
曲线来看,在200~300℃之间,热失重比较集中,
图2为微博辐照发合成介孔分子筛MCM41与DTA相对应,失重物主要为有机模板剂,且