JPH07196315A - Zeolite synthesis method - Google Patents
Zeolite synthesis methodInfo
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- JPH07196315A JPH07196315A JP5338692A JP33869293A JPH07196315A JP H07196315 A JPH07196315 A JP H07196315A JP 5338692 A JP5338692 A JP 5338692A JP 33869293 A JP33869293 A JP 33869293A JP H07196315 A JPH07196315 A JP H07196315A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、気体分子や低分子有機
化合物の吸着材や、イオン交換材として有用な比表面積
の大きなゼオライトを産業廃棄物から効率よく製造する
方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for efficiently producing an adsorbent for gas molecules or low molecular weight organic compounds and a zeolite having a large specific surface area, which is useful as an ion exchange material, from industrial waste.
【0002】[0002]
【従来の技術】M2/n O・Al2 O3 ・xSiO2 ・y
H2 O(Mは金属、xは2以上、yは0以上の数)で示
される化学組成を持ち、結晶内に吸着・分離に適した細
孔を有するゼオライトは、天然鉱物として産出される他
に、人工的に合成されている。これらの細孔含有ゼオラ
イトは、非平衡状態で準安定相として結晶化させなけれ
ばならないため、複雑な因子がからみ合って反応が進ん
でおり、現時点でも結晶化機構が完全に把握されたとは
いえない。 2. Description of the Related Art M 2 / n O ・ Al 2 O 3・ xSiO 2・ y
Zeolite having a chemical composition represented by H 2 O (M is a metal, x is 2 or more, y is a number of 0 or more) and has pores suitable for adsorption / separation in crystals is produced as a natural mineral. Besides, it is artificially synthesized. Since these pore-containing zeolites must be crystallized as a metastable phase in a non-equilibrium state, complicated factors are entangled in the reaction, and the crystallization mechanism is still completely understood at this time. Absent.
【0003】具体的な合成方法としては、化学試薬のケ
イ酸ナトリウムとアルミン酸ナトリウムを使用する方法
があるがコスト高が避けられない。そこで、天然粘土・
鉱物類を原料とする以外に、産業廃棄物である石炭灰
に、シリカ源、アルミニウム源とナトリウム源を添加し
て、85℃付近で3時間水熱反応を行ってゼオライトを
得る方法が省資源・リサイクルの点から多く研究されて
いる(特開昭59-35019号、特開昭64-24014号、特開平2-
229709号公報等)。As a concrete synthesis method, there is a method using sodium silicate and sodium aluminate as chemical reagents, but the cost is inevitable. So, natural clay
A resource-saving method is to obtain zeolite by adding silica source, aluminum source and sodium source to coal ash, which is an industrial waste, in addition to using minerals as raw materials, and performing hydrothermal reaction at 85 ° C for 3 hours. -Many studies have been conducted from the viewpoint of recycling (JP-A-59-35019, JP-A-64-24014, JP-A-2-
No. 229709).
【0004】しかし、石炭灰は不純物が多く含まれてい
て合成率が低い上に、石炭灰の産地等によって合成率が
ばらつくという工業的に製造する上では致命的な問題が
あった。また、得られるゼオライトの比表面積は小さく
価値が低いものが多いため、産業廃棄物から細孔径の大
きなゼオライトを効率よく合成する方法が要求されてい
る。However, coal ash contains a large amount of impurities and has a low synthesis rate, and there is a fatal problem in industrial production that the synthesis rate varies depending on the place of production of the coal ash. Further, since many of the obtained zeolites have a small specific surface area and a low value, a method for efficiently synthesizing a zeolite having a large pore size from industrial waste is required.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、原料
中に不純物が存在していても、ゼオライト合成時の水熱
反応における反応性を向上させて、比表面積の大きなゼ
オライトを効率よく合成する方法を提供するものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to achieve a hydrothermal reaction during zeolite synthesis even if impurities are present in the raw material. And a method for efficiently synthesizing a zeolite having a large specific surface area by improving the reactivity of the zeolite.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明のゼオライトの合成方法は、 第1工程:原料粉末にNa2 CO3 を加えて750〜9
00℃で焼成する。 第2工程:pH4以下の条件で酸(硫酸を除く)処理お
よび水洗を行う。 第3工程:アルカリ溶液中、80〜85℃でゼオライト
の水熱反応を行う。 を必須工程として含むところに要旨を有する。第2工程
の後、第3工程に至る前に、ゼオライト合成が行われな
い様な温度・時間条件でアルカリ溶液中にて前段加熱処
理を行うこと、前記第3工程の前または上記前段加熱処
理の前に、ナトリウム源および/またはアルミニウム源
を加えることは、本発明法の好ましい実施態様である。
本発明法は、特に石炭灰、下水汚泥焼却物、製紙スラッ
ジ焼却物、FRP燃焼残渣、製鉄スラグよりなる群から
選択される原料粉末に適したゼオライト合成法である。
また、第2工程で排出される酸性排液中にカルシウムイ
オンが含まれる場合に、該カルシウムイオンを利用して
イオン交換によってカルシウム型ゼオライトを合成する
方法も本発明法に含まれる。Means for Solving the Problems The method for synthesizing zeolite of the present invention which has been able to solve the above-mentioned problems is as follows: First step: 750 to 9 by adding Na 2 CO 3 to the raw material powder.
Bake at 00 ° C. Second step: acid (excluding sulfuric acid) treatment and water washing are performed under pH 4 or less. Third step: hydrothermal reaction of zeolite in an alkaline solution at 80 to 85 ° C. It has the gist of including as an essential step. After the second step, before the third step, a pre-stage heat treatment is carried out in an alkaline solution under a temperature / time condition such that zeolite synthesis is not performed, before the third step or before the pre-stage heat treatment. Prior to the addition of a sodium source and / or an aluminum source is a preferred embodiment of the method of the invention.
The method of the present invention is a zeolite synthesis method suitable for a raw material powder selected from the group consisting of coal ash, sewage sludge incinerator, papermaking sludge incinerator, FRP combustion residue, and ironmaking slag.
The method of the present invention also includes a method of synthesizing a calcium-type zeolite by ion exchange using calcium ions when the acidic effluent discharged in the second step contains calcium ions.
【0007】[0007]
【作用】本発明者等は、産業廃棄物を利用して有用なゼ
オライトを合成する研究を従来より行っており、いくつ
かの成果を上げている。例えば特願平4−247756
号では、石炭灰を主原料としてA型ゼオライトを合成す
るに当たり、水熱反応の前に加熱撹拌を行うことによっ
て、180m2 /g程度の比表面積のゼオライトの合成
に成功している。また特願平5−254513号には、
カルシウム化合物除去によってA型ゼオライト合成率を
高め得たことを開示した。この場合、比表面積は最高3
80m2 /g程度まで向上したが、同一処理方法を採用
しても石炭灰の種類によって比表面積が150〜380
m2 /gとばらつくことを知見した。本発明は、これら
の知見をもとにして、より高い比表面積のゼオライトを
如何に効率よく合成するかについて検討された結果、な
されたものである。以下、本発明を詳細に説明する。The present inventors have been conducting researches for synthesizing useful zeolite by utilizing industrial waste, and have made some results. For example, Japanese Patent Application No. 4-247756
In the publication, in synthesizing A-type zeolite using coal ash as a main raw material, heating and stirring are performed before the hydrothermal reaction, whereby the synthesis of zeolite having a specific surface area of about 180 m 2 / g is successful. In addition, in Japanese Patent Application No. 5-254513,
It was disclosed that the A-type zeolite synthesis rate could be increased by removing the calcium compound. In this case, the maximum specific surface area is 3
Although it was improved to about 80 m 2 / g, even if the same treatment method was adopted, the specific surface area was 150 to 380 depending on the type of coal ash.
It was found that there was a variation with m 2 / g. The present invention has been made as a result of an examination on how to efficiently synthesize a zeolite having a higher specific surface area based on these findings. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
【0008】本発明において用いられる原料としては、
粘土鉱物、天然鉱物の他、シラス等の火山灰、火山ガラ
ス、珪藻土等の堆積物、凝灰岩等の堆積岩等の天然物、
あるいは製鉄スラグの様な人工物等が利用できるが、本
発明法は特に不純物を多く含んだ原料であっても効率よ
く良質なゼオライトを合成できるため、特に産業廃棄物
である石炭灰、下水汚泥焼却物、製紙スラッジ焼却物、
FRP燃焼残渣、製鉄・製鋼過程で発生する製鉄スラグ
を原料として用いることができる。原料は、反応性を高
めるためには粉末であることが好ましく、粉末で入手で
きない場合には原料を予め粉砕すれば良い。好ましい原
料粉末粒径は、最大で直径50μm、平均10μm程度
である。The raw materials used in the present invention are:
In addition to clay minerals and natural minerals, volcanic ash such as Shirasu, volcanic glass, sediments such as diatomaceous earth, natural products such as sedimentary rocks such as tuff,
Alternatively, artificial materials such as iron-making slag can be used, but since the method of the present invention can efficiently synthesize high-quality zeolite even with a raw material containing a large amount of impurities, particularly coal ash, sewage sludge, which is an industrial waste. Incineration, paper sludge incineration,
FRP combustion residue and ironmaking slag generated in the ironmaking / steelmaking process can be used as raw materials. The raw material is preferably a powder in order to enhance the reactivity, and when it is not available as a powder, the raw material may be pulverized in advance. A preferable raw material powder particle diameter is 50 μm at maximum and about 10 μm on average.
【0009】本発明法の必須第1工程は、上記原料粉末
とNa2 CO3 を混合して750〜900℃で焼成する
工程である。この工程は、原料中のSiO2 やAl2 O
3 をアモルファス化して、これらのSi源やアルミナ源
を第3工程でのゼオライト合成反応に寄与し易くする作
用と、不純物であるカルシウムを除去し易いアモルファ
ス化する作用を有する。カルシウム化合物は、例えば石
炭灰には排煙の脱硫のために過剰量のカルシウムが投入
されるために不可避的に含まれる成分であり、その他の
産業廃棄物原料にもほぼ必ず含まれている成分である。
このカルシウムは、アルカリ溶液中でアモルファスのケ
イ酸カルシウム(CaSiO3 )となってSi成分を奪
うため、ゼオライト合成反応を阻害する不純物である。
このカルシウム化合物の中には、酸に対して安定な化合
物も含まれていて、このことが特願平5−254513
号において石炭灰の産地によってゼオライト合成率がば
らついた原因の一つと考えられる。すなわち単なる酸処
理やその他の処理法で除去しきれないカルシウム化合物
の存在が、後のゼオライト合成工程に悪影響を与えたの
である。The essential first step of the method of the present invention is a step of mixing the raw material powder and Na 2 CO 3 and firing at 750 to 900 ° C. In this step, SiO 2 and Al 2 O in the raw material are
3 has an effect of making the Si source and the alumina source easily contribute to the zeolite synthesis reaction in the third step, and an effect of making the impurity calcium easy to be amorphized. A calcium compound is a component that is inevitably included in coal ash because an excessive amount of calcium is added for desulfurization of flue gas, and is a component that is almost always included in other industrial waste raw materials. Is.
This calcium becomes an amorphous calcium silicate (CaSiO 3 ) in an alkaline solution to deprive the Si component thereof, and is an impurity that inhibits the zeolite synthesis reaction.
This calcium compound also includes a compound that is stable against acid, which is disclosed in Japanese Patent Application No. 5-254513.
This is considered to be one of the reasons why the zeolite synthesis rate varies depending on the coal ash production area. That is, the presence of a calcium compound that cannot be completely removed by simple acid treatment or other treatment methods adversely affected the subsequent zeolite synthesis step.
【0010】このカルシウム化合物は高温でも安定であ
り、単なる焼成工程を経ただけでは酸に溶けにくいもの
であった。種々検討の結果、原料にNa2 CO3 を加え
て焼成することによって、カルシウム成分をアモルファ
ス化させ、酸溶液中に溶出させ得ることが見出されたた
め、本発明法では上記第1工程を必須工程とした。この
第1工程と続く第2工程によって、カルシウム成分を可
及的に除去し得るためカルシウム成分が多く含まれる原
料であっても良好なゼオライト合成結果が得られた。This calcium compound was stable even at high temperatures, and it was difficult to dissolve in an acid only through a simple firing step. As a result of various studies, it was found that the calcium component can be made amorphous by elution into the acid solution by adding Na 2 CO 3 to the raw material and firing it. Therefore, the first step is essential in the method of the present invention. The process. Since the calcium component can be removed as much as possible by the first step and the second step, a good zeolite synthesis result was obtained even if the raw material contained a large amount of calcium component.
【0011】上記第1工程における好ましいNa2 CO
3 の添加量は、原料1に対し重量比で0.5〜2.0で
ある。Na2 CO3 が0.5(対原料1)より少ない、
あるいは焼成温度が750℃より低いと、カルシウム化
合物のアモルファス化が完全に行われない。Na2 CO
3 が2.0より多い、あるいは焼成温度が900℃より
高いと、原料中のシリカやアルミナなどとNa2 CO3
が反応し、酸やアルカリに溶けにくい結晶相が多く生成
するため、ゼオライト合成率が低下する。焼成は、大気
雰囲気下で2時間程度行うことが好ましい。Preferred Na 2 CO in the first step
The addition amount of 3 is 0.5 to 2.0 by weight ratio to the raw material 1. Na 2 CO 3 is less than 0.5 (vs. raw material 1),
Alternatively, if the firing temperature is lower than 750 ° C., the calcium compound is not completely amorphized. Na 2 CO
When 3 is more than 2.0 or the firing temperature is more than 900 ° C, silica and alumina in the raw material and Na 2 CO 3
React with each other, and many crystal phases that are difficult to dissolve in acid or alkali are generated, so that the zeolite synthesis rate decreases. The firing is preferably performed in the air atmosphere for about 2 hours.
【0012】上記第1工程の後には、pH4以下の条件
で酸(硫酸を除く)処理および水洗が含まれる第2工程
を行う。この第2工程は、前述したカルシウム化合物を
酸性溶液中に溶解させて原料中から除去するために行わ
れる。用いられる酸は、硫酸以外の無機酸あるいは有機
酸である。硫酸はカルシウムと反応して水難溶性のCa
SO4 となって原料中に残存し、後のアルカリ溶液中で
のゼオライト合成反応を阻害するため好ましくない。酸
処理は、原料スラリーに酸の水溶液を加えながらpH4
以下になるまで撹拌する等の方法で行えば良く、酸水溶
液の濃度は原料スラリーの濃度に応じて0.0005〜
0.2規定の間で適宜変更すれば良い。酸処理後は常法
に従ってろ過および水洗を行う。酸処理−水洗の工程を
適当回繰り返してもよい。この酸処理工程では、焼成に
よってアモルファス化された原料中の反応性成分の水和
が進んでゲル化が促進され、次工程のゼオライト合成に
は一層有利となる。After the first step, the second step including the acid (excluding sulfuric acid) treatment and the washing with water is performed under the condition of pH 4 or less. The second step is performed to dissolve the above-mentioned calcium compound in the acidic solution and remove it from the raw material. The acid used is an inorganic or organic acid other than sulfuric acid. Sulfuric acid reacts with calcium and is sparingly water-soluble
It becomes SO 4 and remains in the raw material, which hinders the subsequent zeolite synthesis reaction in the alkaline solution, which is not preferable. Acid treatment is performed by adding an aqueous solution of acid to the raw material slurry and adjusting the pH to 4
It may be carried out by a method such as stirring until it becomes below, and the concentration of the acid aqueous solution is 0.0005 to 5 depending on the concentration of the raw material slurry.
It may be changed appropriately within the 0.2 rule. After the acid treatment, filtration and washing with water are performed according to a conventional method. The steps of acid treatment and water washing may be repeated appropriately. In this acid treatment step, hydration of the reactive component in the raw material which has been amorphized by firing proceeds to promote gelation, which is more advantageous for zeolite synthesis in the next step.
【0013】続く第3工程はゼオライトの水熱合成反応
を行うもので、酸処理後の原料をアルカリ溶液中80〜
85℃で1〜4時間反応させることによって、ゼオライ
トが合成される。アルカリ溶液としては、1〜5規定の
NaOH溶液、より好ましくは3規定前後のNaOH溶
液が用いられる。このとき原料中にアルミニウム源やナ
トリウム源が少ない場合には、第3工程の前に、あるい
は後述の「前段加熱処理工程」の前に、アルミン酸ナト
リウム(ナトリウム源としても有用)、水酸化アルミニ
ウム、塩化アルミニウム等のアルミニウム源や、炭酸ナ
トリウム等のナトリウム源を添加してもよい。In the subsequent third step, a hydrothermal synthesis reaction of zeolite is carried out.
Zeolite is synthesized by reacting at 85 ° C. for 1 to 4 hours. As the alkaline solution, a 1-5N NaOH solution, more preferably a 3N NaOH solution is used. At this time, when the aluminum source and the sodium source are small in the raw material, sodium aluminate (also useful as a sodium source), aluminum hydroxide is added before the third step or before the “preliminary heat treatment step” described later. An aluminum source such as aluminum chloride or a sodium source such as sodium carbonate may be added.
【0014】本発明法では、第2工程の後、ゼオライト
が合成しない様な温度条件で加熱撹拌する前段加熱処理
を行ってもよい。前段加熱処理は、ゼオライトの合成反
応ではなく、原料中のSi源やアルミニウム源を充分ア
ルカリ溶液中に溶出させる、あるいは原料中のこれらの
反応性成分のゲル化を促進するために行われる。従っ
て、ゼオライトが析出しない温度および時間条件で行う
必要がある。図1には3規定のアルカリ溶液中における
加熱温度とゼオライトが析出するまでの時間の関係を示
した。前段加熱処理は、図中のゼオライト非析出領域の
条件で行うことが好ましく、点線上の条件で行うことが
最も好ましい。図1中の点線は、 y=ax2 −bx+c で表すことができるが(yは時間、xは絶対温度)、係
数a、b、cはアルカリ溶液の濃度によって変動し、a
=140〜150×10-4、b=100〜110×10
-3、c=180〜200である。In the method of the present invention, after the second step, a pre-stage heat treatment of heating and stirring under a temperature condition where zeolite is not synthesized may be carried out. The first-stage heat treatment is performed not for the synthesis reaction of zeolite, but for the purpose of sufficiently eluting the Si source and the aluminum source in the raw material into the alkaline solution or promoting the gelation of these reactive components in the raw material. Therefore, it is necessary to perform the temperature and time conditions at which zeolite does not precipitate. FIG. 1 shows the relationship between the heating temperature in a 3N alkaline solution and the time until zeolite is deposited. The pre-stage heat treatment is preferably performed under the conditions in the zeolite non-precipitation region in the figure, and most preferably under the conditions on the dotted line. The dotted line in FIG. 1 can be represented by y = ax 2 −bx + c (y is time, x is absolute temperature), but the coefficients a, b, and c vary depending on the concentration of the alkaline solution, and a
= 140 to 150 × 10 −4 , b = 100 to 110 × 10
-3 , c = 180 to 200.
【0015】具体的な実際的前段加熱処理条件として
は、室温で調製したアルカリ溶液スラリーを60℃に加
熱して10時間程度混合するか、あるいは80℃で2〜
3時間程度混合するという様に全式に合致する時間と温
度を調製して行えば良い。アルカリ溶液としては、第3
工程にそのまま利用できる様に1〜5規定のNaOH溶
液、より好ましくは3規定前後のNaOH溶液を用いる
ことが推奨される。前段加熱工程を行えば、ヒドロキシ
ソーダライトの生成を抑制し、細孔の大きなゼオライト
の合成率を高めることができる。As a concrete practical first stage heat treatment condition, the alkali solution slurry prepared at room temperature is heated to 60 ° C. and mixed for about 10 hours, or at 80 ° C. for 2 to 2 hours.
It suffices to adjust the time and temperature to meet all the formulas such as mixing for about 3 hours. As an alkaline solution, the third
It is recommended to use a 1-5N NaOH solution, more preferably a 3N NaOH solution so that it can be used as it is in the process. If the former heating step is performed, the production of hydroxysodalite can be suppressed, and the synthesis rate of zeolite with large pores can be increased.
【0016】以上説明した本発明法では、主にナトリウ
ム型ゼオライトが合成される。A型ゼオライトのほか、
X、Y型ゼオライトやその他細孔の大きなゼオライトを
合成することが可能であり、生成ゼオライトの比表面積
は大きいもので600m2 /g以上となる。本発明法で
は、ナトリウム型ゼオライトからカルシウム型ゼオライ
トを公知のイオン交換法で得るときに、第2工程の酸処
理において排出された排液を用いれば、カルシウムイオ
ンの有効利用が達成できる。In the method of the present invention described above, sodium-type zeolite is mainly synthesized. In addition to A-type zeolite,
It is possible to synthesize X, Y-type zeolite and other zeolites having large pores, and the produced zeolite has a large specific surface area of 600 m 2 / g or more. In the method of the present invention, when calcium type zeolite is obtained from sodium type zeolite by a known ion exchange method, effective use of calcium ions can be achieved by using the waste liquid discharged in the acid treatment in the second step.
【0017】[0017]
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受
けるものではない。 実験例1(Na2 CO3 を加えない系における焼成、酸
処理の影響の検討)最適ゼオライト合成工程を見出すた
め、6種の石炭灰(試料No.1〜6:平均粒径10μ
m)に対し、 前段加熱処理として3規定のNaOH水溶液中80℃
で2時間加熱撹拌を行い、その後85℃で3時間ゼオラ
イト合成反応を行う(前段加熱+第3工程) Na2 CO3 を加えずに800℃で2時間焼成し、酸
を加えずに水のみで洗浄した後、を行う(第1工程の
変化型+第2工程の変化型+前段加熱+第3工程) Na2 CO3 を加えずに800℃で2時間焼成し、
0.1規定の塩酸でpH4において酸処理を行い水洗し
て脱Caを行った後、を行う(第1工程の変化型+第
2工程+前段加熱+第3工程) の3種類の処理を行い、粉末X線回折法によって、A型
ゼオライトおよびヒドロキシソーダライト(細孔を持た
ない)の生成状態をSiO2 のピーク強度と比較するこ
とによって把握し(XRD相対強度)、比表面積も評価
した。EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited by the following examples. Experimental Example 1 (Study of effects of calcination and acid treatment in a system without addition of Na 2 CO 3 ) In order to find an optimum zeolite synthesis process, 6 types of coal ash (Sample Nos. 1 to 6: average particle size 10 μm)
In contrast to m), as a first-stage heat treatment, 80 ° C in 3N NaOH aqueous solution
In for 2 hours heating and stirring, then fired 85 ° C. for 3 hours zeolite synthesis reaction for 2 hours at 800 ° C. without the addition of (front heating + Step 3) Na 2 CO 3, water alone without the addition of acid After washing with, (1st process variation type + 2nd process variation type + pre-stage heating + 3rd process) Na 2 CO 3 is not added and baking is performed at 800 ° C. for 2 hours,
After performing acid treatment with 0.1N hydrochloric acid at pH 4 and washing with water to remove Ca, the following three treatments are performed (variation of the first step + second step + pre-heating + third step). The formation state of A-type zeolite and hydroxysodalite (having no pores) was grasped by comparing with the peak intensity of SiO 2 by the powder X-ray diffraction method (XRD relative intensity), and the specific surface area was also evaluated. .
【0018】図2aにはの条件によって得られた反応
生成物のXRD相対強度を、図2bには比表面積を、図
3にはの条件によって得られた反応生成物のXRD相
対強度を、図4aにはの条件によって得られた反応生
成物のXRD相対強度を、図4bにはおよびの比表
面積を併せて示した。また、上記石炭灰のうち、No.
1とNo.5について組成分析した結果を表1に示し
た。FIG. 2a shows the XRD relative intensity of the reaction product obtained under the conditions, FIG. 2b shows the specific surface area, and FIG. 3 shows the XRD relative intensity of the reaction product obtained under the conditions. 4a shows the XRD relative intensities of the reaction products obtained under the conditions of, and FIG. 4b also shows the specific surface areas of and. In addition, of the above coal ash, No.
1 and No. The results of composition analysis of No. 5 are shown in Table 1.
【0019】[0019]
【表1】 [Table 1]
【0020】図2a、bから、合成条件では石炭灰N
o.1しか満足する合成結果が得られないことがわか
る。No.5ではA型ゼオライトもヒドロキシソーダラ
イトも生成しなかった。なお、比表面積はすべての反応
生成物の平均値に相当し、比表面積が高ければ高いほど
A型ゼオライト(もしくは他の大きな細孔を有するゼオ
ライト)の生成率が高いことを示している。合成条件
の結果を示す図3では、石炭灰No.3,4,6におい
て合成条件よりごくわずかA型ゼオライトの合成率が
向上しているが、顕著なものではない。一方、合成条件
の結果を示す図4aでは、全部の石炭灰からA型ゼオ
ライトが合成できている。図4bの、合成条件との
比表面積の比較結果および表1のCaOの量から考える
と、酸処理による脱カルシウム効果が発現していること
がわかる。2a and 2b, coal ash N
o. It can be seen that a synthesis result satisfying only 1 can be obtained. No. In No. 5, neither type A zeolite nor hydroxysodalite was formed. The specific surface area corresponds to the average value of all reaction products, and the higher the specific surface area, the higher the production rate of A-type zeolite (or other zeolite having large pores). In FIG. 3 showing the result of the synthesis condition, coal ash No. In 3, 4, and 6, the synthesis rate of the A-type zeolite was slightly improved from the synthesis conditions, but it was not remarkable. On the other hand, in FIG. 4a showing the result of the synthesis condition, the A-type zeolite can be synthesized from all the coal ash. Considering the comparison result of the specific surface area with the synthesis condition of FIG. 4b and the amount of CaO in Table 1, it is understood that the calcium removal effect by the acid treatment is exhibited.
【0021】実験例2(Na2 CO3 の影響の検討) 次に、6種の石炭灰(試料No.2〜7:ただしNo.
2〜6は上記実験例で使用したものと同じ石炭灰)を用
いて、 Na2 CO3 を原料と同重量加えて800℃で2時間
焼成し、0.1規定の塩酸でpH4において酸処理を行
い水洗して脱Caを行った後、を行う(第1工程+第
2工程+前段加熱+第3工程、本発明法) の処理を行ったものと、の条件での処理を行ったもの
を比較した。の条件で得られた反応生成物のXRDの
ピーク強度を図5aに、比表面積結果をの条件の結果
と共に図5bに示した。Experimental Example 2 (Study of Effect of Na 2 CO 3 ) Next, 6 kinds of coal ash (Sample Nos. 2 to 7: No.
2 to 6 are the same coal ash as used in the above experimental example), Na 2 CO 3 is added in the same weight as the raw material, and the mixture is calcined at 800 ° C. for 2 hours and treated with 0.1N hydrochloric acid at pH 4 After washing with water to remove Ca, the following is performed (first step + second step + pre-stage heating + third step, method of the present invention). Compared things. The peak intensity of the XRD of the reaction product obtained under the condition (1) is shown in Fig. 5a, and the specific surface area result is shown together with the result under the condition (2) in Fig. 5b.
【0022】図5a、bから、本発明法のベストモード
に相当するの合成実験例では、細孔のないヒドロキシ
ソーダライトはほとんど合成されず、優れたA型ゼオラ
イトの合成率を示すことがわかり、Na2 CO3 を添加
して焼成することによって、添加しない場合に比べ、生
成物の比表面積が大きく増大することがわかる。From FIGS. 5a and 5b, it can be seen that hydroxysodalite having no pores is scarcely synthesized in the synthetic experimental example corresponding to the best mode of the method of the present invention, which shows an excellent synthesis rate of A-type zeolite. It can be seen that the specific surface area of the product is significantly increased by adding and baking Na 2 CO 3 as compared with the case of not adding.
【0023】実験例3(前段加熱処理の影響の検討) の条件と、前段加熱を行わなずそのほかはと同一条
件()の合成実験をを石炭灰No.3について行っ
た。得られた生成物中のA型ゼオライトの割合(%)と
反応生成物の比表面積を表2に示した。A synthetic experiment under the conditions of Experimental Example 3 (examination of influence of pre-heating treatment) and under the same conditions as above except that pre-heating was not carried out () was conducted using coal ash No. It went about 3. Table 2 shows the proportion (%) of the A-type zeolite in the obtained product and the specific surface area of the reaction product.
【0024】[0024]
【表2】 [Table 2]
【0025】表2から、前段加熱しない場合も良好なA
型ゼオライト合成率を示し、前段加熱した場合は、より
高いA型ゼオライト合成率、および比表面積を示すこと
が明らかとなった。以上の実験結果から、の条件もし
くはの条件が最も良好に細孔の大きなゼオライトを合
成できる条件であることがわかった。そこで石炭灰N
o.1を用いて、の条件において再び酸処理の影響を
検討した。結果を表3に示す。From Table 2, it can be seen that good A is obtained even when the former stage heating is not performed.
Type zeolite synthesis rate was shown, and it was revealed that when the former stage heating was performed, higher type A zeolite synthesis rate and higher specific surface area were exhibited. From the above experimental results, it was found that the condition (1) or (2) is the condition under which the zeolite with large pores can be synthesized in the best condition. So coal ash N
o. 1 was used to examine the effect of acid treatment again under the conditions of. The results are shown in Table 3.
【0026】[0026]
【表3】 [Table 3]
【0027】酸処理することによってヒドロキシソーダ
ライトの生成率が大きく低下している上、より高いA型
ゼオライト合成率、および比表面積を示している。 実施例1(の条件による具体的実施例) 6種の石炭灰(No.8〜13:平均粒径約10μm)
および高純度カオリン(SiO2 が石英およびクリスト
バライトとして含まれている:平均粒径5μm)に対
し、同重量のNa2 CO3 を加えて混合し、800℃で
2時間焼成した。この焼成物に0.1モル/リットルの
塩酸水溶液をスラリー液のpHが約4になるまで添加し
撹拌を行った。ろ過および水洗した後、得られたケーキ
1.2kgを20リットルの水でスラリー化し、さらに水
酸化ナトリウム2.4kgを添加した。80℃で2時間撹
拌して前段加熱処理を行った後、85℃で2時間結晶化
反応を行った。生成物をろ過・水洗した後、X線回折法
によりゼオライトの生成率を測定し、結果を表4に示し
た。By the acid treatment, the production rate of hydroxysodalite is greatly reduced, and the synthesis rate of A-type zeolite and the specific surface area are higher. Example 1 (Specific Example under Conditions) Six types of coal ash (No. 8 to 13: average particle size of about 10 μm)
And high-purity kaolin (SiO 2 is contained as quartz and cristobalite: average particle size 5 μm) was mixed with the same weight of Na 2 CO 3 and calcined at 800 ° C. for 2 hours. A 0.1 mol / liter hydrochloric acid aqueous solution was added to this fired product until the pH of the slurry became about 4, and the mixture was stirred. After filtration and washing with water, 1.2 kg of the obtained cake was slurried with 20 liters of water, and 2.4 kg of sodium hydroxide was further added. After stirring at 80 ° C. for 2 hours to perform the first heat treatment, crystallization reaction was performed at 85 ° C. for 2 hours. After the product was filtered and washed with water, the zeolite production rate was measured by the X-ray diffraction method, and the results are shown in Table 4.
【0028】比較例 実施例1で使用した6種の石炭灰とカオリンをそのまま
800℃で2時間焼成した後、1.2kgを20リットル
の水でスラリー化し、水酸化ナトリウム2.4kgを添加
した。前段加熱処理を行わず、80〜85℃で2時間結
晶化反応を行った。ゼオライトの生成率測定結果を表4
に併記した。Comparative Example The six kinds of coal ash and kaolin used in Example 1 were calcined as they were at 800 ° C. for 2 hours, 1.2 kg was slurried with 20 liters of water, and 2.4 kg of sodium hydroxide was added. . The crystallization reaction was performed at 80 to 85 ° C. for 2 hours without performing the first-stage heat treatment. Table 4 shows the measurement results of the production rate of zeolite.
Also described in.
【0029】[0029]
【表4】 [Table 4]
【0030】表4から明らかな様に、本発明法実施例は
いずれも比較例に比べて高いゼオライト合成率を示し
た。またカオリンを用いた例では、X線回折の結果から
比較例では反応生成物中にSiO2 のピークが見られ、
不純物SiO2 が反応性成分へ転化していないことがわ
かり、実施例ではSiO2 のピークが見られなかったた
め、石英やクリストバライトを含む原料であってもこれ
らを反応性成分として有効に利用していることが明らか
となった。As is clear from Table 4, all the Examples of the present invention method exhibited a higher zeolite synthesis rate than the Comparative Examples. Further, in the example using kaolin, a SiO 2 peak was observed in the reaction product in the comparative example from the result of X-ray diffraction,
It was found that the impurity SiO 2 was not converted into a reactive component, and no SiO 2 peak was observed in the examples. Therefore, even if a raw material containing quartz or cristobalite is used as a reactive component, It became clear.
【0031】実施例2 表5に示す組成のFRP焼却残渣および製紙スラッジ焼
却物を原料として、平均粒径20μm以下になるまで粉
砕した後、原料に対し、1/2の重量のNa2CO3 を
加えて混合し、800℃で2時間焼成した。この焼成物
に0.1モル/リットルの塩酸水溶液をスラリー液のp
Hが約4になるまで添加撹拌を行った。ろ過および水洗
した後、得られたケーキに3規定のNaOH水溶液を加
え、80℃で2時間撹拌して前段加熱処理を行った後、
85℃で2時間合成反応を行った。このときNaAlO
2 をSiO2 :Al2 O3 がモル比で1となる様に合成
反応の前に添加したものと、添加せず原料のみで合成反
応を行ったものを比較した。その結果、NaAlO2 を
添加していない場合、A型ゼオライト合成率が低く、比
表面積も200m2 /g程度であったが、Al源である
NaAlO2 を添加した系では、FRP焼却残渣、製紙
スラッジ焼却物のいずれの原料でも、A型合成率が40
〜60%、比表面積が300〜500m2 /gと大きく
向上した。Example 2 Using an FRP incineration residue and a papermaking sludge incineration product having the compositions shown in Table 5 as raw materials and pulverizing until the average particle size was 20 μm or less, 1/2 weight of Na 2 CO 3 was added to the raw materials. Was added and mixed, and the mixture was baked at 800 ° C. for 2 hours. A 0.1 mol / l hydrochloric acid aqueous solution was added to the calcined product as a slurry liquid.
Addition and stirring were performed until H became about 4. After filtering and washing with water, 3N NaOH aqueous solution was added to the obtained cake, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 2 hours and subjected to the first-stage heat treatment,
The synthesis reaction was performed at 85 ° C. for 2 hours. At this time NaAlO
2 was added before the synthesis reaction so that the molar ratio of SiO 2 : Al 2 O 3 was 1, and that which was not added and the synthesis reaction was performed only with the raw material was compared. As a result, when NaAlO 2 was not added, the A-type zeolite synthesis rate was low and the specific surface area was about 200 m 2 / g. However, in the system to which NaAlO 2 as the Al source was added, the FRP incineration residue and papermaking A type synthesis rate is 40 for any raw material of sludge incineration
60%, a specific surface area was significantly improved with 300~500m 2 / g.
【0032】[0032]
【表5】 [Table 5]
【0033】実施例3 実施例1で得られたナトリウム型A型ゼオライト(試料
1と2)60gを、酸処理で排出された排液(カルシウ
ムイオン濃度40g/lに調製済)1リットル中に懸濁
させて、30℃において2時間保持し、Na→Caのイ
オン交換を行った。反応生成物を水洗・乾燥後、比表面
積を測定した結果を表6に示す。また図6a、bには、
試料1および2のイオン交換前後のX線回折チャートを
示した。Example 3 60 g of the sodium A-type zeolite (samples 1 and 2) obtained in Example 1 was added to 1 liter of the effluent (prepared to have a calcium ion concentration of 40 g / l) discharged by the acid treatment. After suspending and holding at 30 ° C. for 2 hours, Na → Ca ion exchange was performed. The reaction product was washed with water and dried, and then the specific surface area was measured. 6a and 6b,
The X-ray diffraction charts of Samples 1 and 2 before and after ion exchange are shown.
【0034】[0034]
【表6】 [Table 6]
【0035】表6からいずれの試料もイオン交換によっ
て比表面積が10%ほど向上していることがわかる。ま
た、X線回折結果から、Na→Caのイオン交換が行わ
れたこと、A型構造が保持されていることがわかる。From Table 6, it can be seen that the specific surface area of each sample is improved by about 10% by ion exchange. In addition, the X-ray diffraction results show that Na → Ca ion exchange was performed and the A-type structure was retained.
【0036】[0036]
【発明の効果】本発明法は以上の様に構成されており、
不純物であるカルシウム成分の除去がほぼ完全に行える
ため、従来、原料として適さなかったものでもゼオライ
ト原料として使用できると共に、細孔の大きなゼオライ
トの合成率を非常に高めることができた。得られるゼオ
ライトの比表面積は大きいもので600m2 /g以上と
なる。また、反応効率が向上したため、石炭灰原料で従
来熟成も含めると1日以上必要であった合成時間も、大
きく低減できた。さらにナトリウム型ゼオライトからカ
ルシウム型ゼオライトを公知のイオン交換法で得るとき
に、第2工程の酸処理において排出された排液を用いる
ことによってカルシウムイオンを有効利用できる。The method of the present invention is constituted as described above,
Since the calcium component, which is an impurity, can be removed almost completely, it is possible to use a zeolite that has not been suitable as a raw material in the past as a raw material for zeolite and to greatly increase the synthesis rate of zeolite having large pores. The resulting zeolite has a large specific surface area of 600 m 2 / g or more. Further, since the reaction efficiency was improved, the synthesis time, which was required for one day or more when the conventional aging was also included in the coal ash raw material, could be greatly reduced. Further, when the calcium-type zeolite is obtained from the sodium-type zeolite by a known ion exchange method, the calcium ions can be effectively used by using the waste liquid discharged in the acid treatment in the second step.
【図1】加熱温度とゼオライト析出時間との関係を示す
グラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between heating temperature and zeolite precipitation time.
【図2】(a)は、実験例1の合成条件によって得ら
れた反応生成物のXRD相対強度を、(b)は、該反応
生成物の比表面積を示すグラフである。FIG. 2 (a) is a graph showing the XRD relative intensity of the reaction product obtained under the synthesis conditions of Experimental Example 1, and FIG. 2 (b) is a graph showing the specific surface area of the reaction product.
【図3】実験例1での合成条件によって得られた反応
生成物のXRD相対強度を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing XRD relative intensities of reaction products obtained under the synthesis conditions in Experimental Example 1.
【図4】(a)は、実験例1の合成条件によって得ら
れた反応生成物のXRD相対強度を、(b)は、該反応
生成物と実験例1の合成条件によって得られた反応生
成物の両者の比表面積を示すグラフである。FIG. 4 (a) shows the XRD relative intensities of the reaction products obtained under the synthetic conditions of Experimental Example 1, and (b) shows the reaction products obtained under the synthetic conditions of Experimental Example 1. It is a graph which shows the specific surface area of both things.
【図5】(a)は、実験例2の合成条件によって得ら
れた反応生成物のXRD相対強度を、(b)は、該反応
生成物と実験例2の合成条件によって得られた反応生
成物の両者の比表面積を示すグラフである。5 (a) shows the XRD relative intensities of the reaction products obtained under the synthetic conditions of Experimental Example 2, and (b) shows the reaction products obtained under the synthetic conditions of Experimental Example 2. It is a graph which shows the specific surface area of both things.
【図6】(a)は、実施例3の試料1におけるイオン交
換前後を示すX線回折チャートであり、(b)は試料2
におけるチャートである。6A is an X-ray diffraction chart showing the ion exchange before and after the ion exchange in Sample 1 of Example 3, and FIG.
Is a chart in.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀井 勝 兵庫県神戸市中央区脇浜町1丁目3番18号 株式会社神戸製鋼所神戸本社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Masaru Horii 1-3-18 Wakihama-cho, Chuo-ku, Kobe-shi, Hyogo Kobe Steel Works, Ltd. Kobe Head Office
Claims (5)
が、以下の工程を経るものであることを特徴とするゼオ
ライトの合成方法。 第1工程:原料粉末にNa2 CO3 を加えて750〜9
00℃で焼成する。 第2工程:pH4以下の条件で酸(硫酸を除く)処理お
よび水洗を行う。 第3工程:アルカリ溶液中、80〜85℃でゼオライト
の水熱反応を行う。1. A method for synthesizing zeolite, characterized in that the method for synthesizing zeolite from the raw material powder includes the following steps. First step: 750-9 by adding Na 2 CO 3 to the raw material powder
Bake at 00 ° C. Second step: acid (excluding sulfuric acid) treatment and water washing are performed under pH 4 or less. Third step: hydrothermal reaction of zeolite in an alkaline solution at 80 to 85 ° C.
に、ゼオライト合成が行われない様な温度・時間条件で
アルカリ溶液中にて前段加熱処理を行うものである請求
項1に記載のゼオライトの合成方法。2. The pre-stage heat treatment in an alkaline solution under the temperature and time conditions such that zeolite synthesis is not performed after the second step and before the third step. A method for synthesizing the described zeolite.
理の前に、ナトリウム源および/またはアルミニウム源
を加えるものである請求項1または2に記載のゼオライ
トの合成方法。3. The method for synthesizing zeolite according to claim 1, wherein a sodium source and / or an aluminum source is added before the third step or before the first-stage heat treatment.
製紙スラッジ焼却物、FRP燃焼残渣、製鉄スラグより
なる群から選択されるものである請求項1〜3のいずれ
かに記載のゼオライトの合成方法。4. The raw material powder is coal ash, sewage sludge incinerator,
The zeolite synthesis method according to any one of claims 1 to 3, which is selected from the group consisting of papermaking sludge incineration products, FRP combustion residues, and ironmaking slag.
カルシウムイオンが含まれる場合は、該カルシウムイオ
ンを利用して請求項1〜4のいずれかに記載のゼオライ
トをカルシウム型ゼオライトにすることを特徴とするゼ
オライトの合成方法。5. When the acidic drainage discharged in the second step contains calcium ions, the calcium ions are utilized to convert the zeolite according to any one of claims 1 to 4 into calcium-type zeolite. A method for synthesizing zeolite, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5338692A JP2848227B2 (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Synthetic method of zeolite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5338692A JP2848227B2 (en) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | Synthetic method of zeolite |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07196315A true JPH07196315A (en) | 1995-08-01 |
| JP2848227B2 JP2848227B2 (en) | 1999-01-20 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2848227B2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6299854B1 (en) | 1998-06-12 | 2001-10-09 | Teruo Henmi | Method of producing artificial zeolite |
| JP2005313032A (en) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Nippon Paper Industries Co Ltd | Method for producing hydrothermal solidified product of paper sludge incineration ash |
| KR100732133B1 (en) * | 2005-04-29 | 2007-06-25 | 한국생산기술연구원 | Manufacturing method of synthetic zeolite using organic sludge |
| JP2012116743A (en) * | 2010-11-08 | 2012-06-21 | Sharp Corp | Method for manufacturing inorganic material using alkali-free glass as raw material |
| JP2017057095A (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | 国立大学法人 熊本大学 | Method for producing zeolite |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5338692A patent/JP2848227B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6299854B1 (en) | 1998-06-12 | 2001-10-09 | Teruo Henmi | Method of producing artificial zeolite |
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| KR100732133B1 (en) * | 2005-04-29 | 2007-06-25 | 한국생산기술연구원 | Manufacturing method of synthetic zeolite using organic sludge |
| JP2012116743A (en) * | 2010-11-08 | 2012-06-21 | Sharp Corp | Method for manufacturing inorganic material using alkali-free glass as raw material |
| JP2017057095A (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | 国立大学法人 熊本大学 | Method for producing zeolite |
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| Publication number | Publication date |
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| JP2848227B2 (en) | 1999-01-20 |
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