一种NAY分子筛脱钠方法.pdf

本发明公开了一种NaY分子筛脱钠方法，该方法是将一对电极置于固含量0.5～5％(重)NaY分子筛浆液中，用直流稳压电源通过电极向分子筛浆液施加10～70伏电压并处理0.5～3小时；完成后，将富集在阳极上的分子筛收集，即得Na脱除率10～51％的Y型分子筛，分子筛在阳极上的富集率可达14～67％；通过重复上述步骤，可对上一步所得部分脱Na的Y型分子筛进行再脱Na处理。本发明无氨氮废水排放、能耗低、过程简单及成本低。

权利要求书
1.  一种NaY分子筛脱钠方法，其特征在于：将工业NaY分子筛与水混合配制固含量重量为0.5～5％的NaY分子筛浆液；将一对电极置于配制的分子筛浆液中，控制NaY分子筛∶电极重量比在2～20∶1；将电极分别与直流稳压电源正负极连接并向电极施加10～70伏电压，在搅拌下通电处理NaY分子筛浆液0.5～3小时；断电后，将富集在阳极电极上的分子筛收集，得到Na脱除率10～51％的Y型分子筛；重复上述步骤，对所得脱Na的Y型分子筛进行再脱Na处理，得到Na含量较低的Y型分子筛。

2.  根据权利要求1所述的脱钠方法，其特征在于：电极要求具有高的水电解电势，选择碳纤维布。

说明书一种NaY分子筛脱钠方法
技术领域
本发明属于分子筛催化材料领域，具体地说是一种电场作用下NaY分子筛在电极上富集脱钠的方法。
背景技术
分子筛是一类结晶型的硅铝酸盐，具有特殊的孔道结构，极高的比表面积和良好的热稳定性。分子筛作为一种性能优良的固体酸，在许多酸性催化反应中表现出了很高的活性和选择性，被广泛应用于石油化工领域。Y型分子筛作为其中重要的一种，在催化裂化反应中发挥着基础性的作用。Y型分子筛在含钠的硅铝酸晶化体系中合成，以钠正离子所带的正电荷中和硅氧四面体和铝氧四面体骨架所带的负电荷。故本身不带有酸性。为了得到催化反应所需要的酸性，必须将其中的Na脱除。另外一个脱钠的原因是Na含量对沸石的活性和热稳定性有很大的影响。Na含量的降低可以显著提高分子筛的反应活性。且分子筛的热稳定性随Na含量的降低而提高，在超稳化过程中较少的Na含量有利于骨架脱铝和晶胞的收缩。
传统的制备方法中，可以通过将分子筛与铵盐或稀土金属盐溶液离子交换的方法脱钠。方法具体为：将NaY分子筛，铵盐和水按照一定的比例混合打浆，调节pH为酸性，温度控制为65～95℃，交换0.5～2小时后200～600℃高温焙烧。该交换-焙烧过程根据需要重复2-4次。焙烧可以促进分子筛中所含的Na+由交换困难的六角柱笼迁入容易交换的八面沸石笼和β笼，使其脱除完全。NaY的合成环境是碱性的，其浆液也为碱性，但离子交换通常在酸性条件下进行，一般使用铵盐和稀酸调节体系的酸碱性，操作复杂且造成大量化学试剂的消耗，并且在焙烧过程消耗大量的能量，产生大量高浓度氨氮废水，必须经过处理才可达标排放。然而，目前尚没有一种方法能实用高效地处理含氮废水，因此传统的氨交换NaY脱钠方法面临着巨大的成本和环保压力。鉴于Y型分子筛的巨大用量，迫切需要开发绿色、低能耗的NaY脱钠方法。
中国专利(CN1911513A)采用NaY分子筛与水，无机氨盐混合打浆，并使用碱性溶液调节体系pH至9～12，65～90℃交换的方法，一次交换后钠含量降到5％以下。此方法可避免反复调节体系的酸碱性。但其操作过程依然十分复杂，且需要消耗大量的试剂，氨氮废水排放问题仍无法解决。
中国专利(CN10570334A)采用离子交换树脂改性NaY分子筛的方法，分子筛浆液和树脂分置与两个反应室中，利用浓度差的推动实现离子交换。此方法能在一定程度上缓解氨盐法的后续处理问题，但其脱钠程度有限，后续仍需借助铵盐交换以达到更佳的交换效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种NaY分子筛脱钠方法，具体是在电场作用下实现NaY的直接脱钠，具有环境友好、过程简单、成本低的特点。
本发明的目的是这样实现的：将工业NaY分子筛与水混合配制固含量重量为0.5～5％的NaY分子筛浆液；将一对电极置于配制的分子筛浆液中，控制NaY分子筛∶电极重量比在2～20∶1；将电极分别与直流稳压电源正负极连接并向电极施加10～70伏电压，在搅拌下通电处理NaY分子筛浆液0.5～3小时；断电后，将富集在阳极电极上的分子筛收集，得到Na脱除率10～51％的Y型分子筛；重复上述步骤，对所得脱Na的Y型分子筛进行再脱Na处理，得到Na含量较低的Y型分子筛。
所述电极要求具有高的水电解电势，优选碳纤维布。
本发明一次操作可以使得分子筛中Na2O含量从～12％(重量)降到7％(重量)以下。重复三次后Na2O含量可以降到1％(重量)以下。
本发明与现有离子交换技术相比，具有以下显著优点：
(1)无需加入化学试剂，也不需要反复调节体系的酸碱性。
(2)节约大量试剂，避免大量氮氨废物的污染。
(3)分子筛不需要中间焙烧，节约大量能源。
(4)方法简单易行。
附图说明
图1为本发明实施例样品6A分子筛的XRD图
图2为本发明实施例样品6A分子筛的SEM图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的阐述，所有实施例均按上述技术方案的操作条件进行操作，其目的是为更好的理解本发明的内容；因此所举之例并不限制本发明的保护范围。
实施例中所用分子筛原样为工业级，Na2O的含量为11.7％(重)，Si/Al摩尔比＝3。实施例分子筛样品的Na2O含量采用X射线能谱(EDX)分析。实施例1
将2克NaY分子筛分散于盛有200毫升蒸馏水的烧杯中，超声振荡15分钟，得固含量为1％(重)的NaY分子筛浆液。
将1对碳纤维布电极(单电极碳纤维布质量为0.25克，面积20平方厘米)置于上述所得NaY分子筛浆液中，体系中NaY分子筛∶碳纤维布电极质量比在4∶1；将电极对分别与直流稳压电源正负极连接，控制工作电压分别为10、20、30、40、50、60和70伏，在搅拌下处理NaY分子筛浆液3小时；断电后，将富集在阳极碳纤维布电极上的分子筛收集，得到部分脱Na的Y型分子筛样品，分别记为1A、1B、1C、1D、1E、1F和1G。分子筛阳极富积率(定义：富积在阳极上的分子筛量占体系中分子筛总量的百分数)、Na2O含量、Na脱除率和硅/铝比结果见表1。
表1
  实施例  样品  分子筛阳极  富积率*(％)  Na2O含量  (重量％)  Na脱除率  (％)  硅铝比  (摩尔/摩尔)  1A  16.5  10.36  11.5  2.7  1B  30.7  9.69  17.2  2.7  1C  43.2  8.20  30.0  2.9  1D  49.5  7.80  33.3  2.7  1E  50.0  7.60  35.0  3.0  1F  56.5  7.59  35.1  2.9  1G  60.3  5.90  49.6  3.2
实施例2
除以下不同外，其余均同实施例1。
工作电压为50伏下，控制处理时间分别为0.5、1和2小时，所得样品分别记为2A、2B和2C。分子筛阳极富积率(定义：富积在阳极上的分子筛量占体系中分子筛总量的百分数)、Na2O含量、Na脱除率和硅/铝比结果见表2。
表2
  实施例  样品  分子筛阳极  富积率*(％)  Na2O含量  (重量％)  Na脱除率  (％)  硅铝比  (摩尔/摩尔)  2A  14.5  10.08  13.8  2.6  2B  33.5  8.71  25.6  2.8  2C  47.0  7.44  36.4  2.9
实施例3
除以下不同外，其余均同实施例1。
NaY分子筛浆液的固含量分别为0.5％、1.5％、2.5％和5％，对应的NaY分子筛∶碳纤维布电极重量比分别为2∶1、6∶1、10∶1和20∶1；控制工作电压50伏，处理时间3小时，所得样品分别记为3A、3B、3C和3D。分子筛阳极富积率(定义：富积在阳极上的分子筛量占体系中分子筛总量的百分数)、Na2O含量、Na脱除率和硅/铝比结果见表3。
表3
  实施例  样品  分子筛阳极  富积率*(％)  Na2O含量  (重量％)  Na脱除率  (％)  硅铝比  (摩尔/摩尔)  3A  74.0  7.17  38.7  2.7  3B  57.7  7.62  34.9  2.6  3C  34.6  8.17  30.2  2.9  3D  19.1  8.02  31.5  2.8
实施例4
除以下不同外，其余均同实施例1。
称取实施例1的1E样品2克，分散于盛有200毫升蒸馏水的烧杯中，超声振荡15分钟，得固含量为1％(重)的1E分子筛浆液。
工作电压为50伏下，处理3小时，所得样品分别记为4A。分子筛阳极富积率、Na2O含量、Na脱除率和硅/铝比结果见表4。
实施例5
除以下不同外，其余均同实施例4。
实施例1的样品为1G，工作电压为70伏下，处理3小时，所得样品分别记为5A。分子筛阳极富积率、Na2O含量、Na脱除率和硅/铝比结果见表4。
表4
  实施例  样品  分子筛阳极  富积率*(％)  Na2O含量  (重量％)  Na脱除率  (％)  硅铝比  (摩尔/摩尔)  4A  51.3  3.98  47.6  2.9  5A  66.1  2.91  50.7  3.1
实施例6
除以下不同外，其余均同实施例4。
采用实施例4的4A样品，工作电压为50伏下，处理3小时，所得样品分别记为6A。6A分子筛样品的Na2O含量、Na脱除率和硅/铝比结果见表5。
实施例7
除以下不同外，其余均同实施例6。
采用实施例5的5A样品，工作电压为70伏下，处理3小时，所得样品分别记为7A。7A分子筛样品的Na2O含量、Na脱除率和硅/铝比结果见表5。
表5
  实施例  样品  Na2O含量  (重量％)  Na脱除率  (％)  硅铝比  (摩尔/摩尔)  6A  2.26  43.2  2.9  7A  1.43  50.9  3.1
实施例8
对实施例样品6A进行X-射线粉末衍射和扫描电镜分析，结果分别见图1和图2。由图可见，通过本发明NaY分子筛脱钠后的样品仍保留完好的晶体结构和晶形。