關(guān)于用高嶺土生產(chǎn)沸石分子篩的技術(shù)研究
2021-07-06
脫水沸石具有吸附小的有機(jī)分子，使其與大有機(jī)分子分離的能力，Mc Bain 化學(xué)家論述這種現(xiàn)象時稱之為”分子篩”。從20世界30年代和40年代開始，有關(guān)許多有關(guān)沸石，吸附和離子交換性質(zhì)的做了進(jìn)一步研究，到60年代又開始了人工合成。分子篩的主要用途是洗滌劑和催化劑，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)方面，需要量日益增長，但天然沸石稀有，沒有工業(yè)規(guī)模的礦床可以開采，因而轉(zhuǎn)向了人工合成的研究。
人工合成最簡單的途徑就是利用高嶺土生產(chǎn)沸石分子篩。這種方法是堿處理法，又稱水熱轉(zhuǎn)化法，其實質(zhì)是在過量的堿的存在下，將一些固體硅鋁酸鹽水熱轉(zhuǎn)化成沸石。眾所周知，高嶺土是陶瓷坯料的主要原料之一，其主要化學(xué)成分是SiO２和Al２O３，此外，還有Fe2O3，TiO2，CaO，k2O，Na2O，等氧化物。粘土中的SiO，含量都很高。天然高嶺土中及人工洗選過的原生高嶺土中，SiO2的含量大多為45-50%。SiO2主要是高嶺石，水云母以及長石類硅酸鹽的成分。Al２O３的含量僅次于于SiO2，由富含石英的酸性火成巖所形成的原生高嶺土中，Al２O３的含量達(dá)到20-27%，不過，有時Al２O３的含量要少得多。然而，在精選的次生高嶺土中，Al２O３的含量介于30-38%之間。其它成分是Fe2O3，CaO，MgO，和堿金屬氧化物K2O，Na2O等。因此高嶺土是一種理想的合成沸石的原料。從化學(xué)成分來看很接近A型沸石，且分布廣，儲量豐富。造價低廉等優(yōu)點，實際上分字篩是一種人工合成沸石，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈三維排到的硅(鋁)氧四面體，彼此連接形成規(guī)則的通道，這些通道具有篩選分子的效應(yīng)。分子篩通常秉用化學(xué)原料合成，原料的來源較少，價格較高，如今已經(jīng)被硅石類的礦物質(zhì)代替合成沸石分子篩。
高嶺土的硅鋁化一般在2:1—5:1 ，比較適合A，X，Y或P型沸石。 只有高嶺土的硅鋁比較X型和Y型比A型沸石低，由于合成沸石的主要原料是SiO2和Al２O３，但是其中的少量含鐵等礦物質(zhì)組分Fe2O3，F(xiàn)e3O4，CaO，MgO，等有害和無效雜質(zhì)，會影響合成沸石的質(zhì)量，為了有效去除高嶺土的雜質(zhì)，為合成沸石提供高質(zhì)量原料，必須進(jìn)行磁選，焙燒，(加堿)粉磨到200—325目，酸滲，氧化（加入ED?鄄TA），過濾，洗滌，干燥成產(chǎn)品，如果含鋁比例少，可以將補(bǔ)加的氫氧化鈉配置成偏鋁酸鈉溶液，在晶化反應(yīng)開始時加入進(jìn)去，使混合物中的SiO2和Al２O３的比值更適合沸石的形成，而且結(jié)晶時向可大大縮短，堿的用量可減少一半，產(chǎn)量可提高一倍。我們也可以將高嶺土先烘干，粉碎，以增大其比表面積，然后在700℃高溫下焙燒，使之轉(zhuǎn)變?yōu)楦呋瘜W(xué)活性的無定形物質(zhì)———偏高嶺土。然后與氫氧化鈉溶液拌勻，團(tuán)塊成型，再在50-60℃下加熱，并通過水蒸汽使團(tuán)塊為水飽和，以防團(tuán)塊碎裂。將團(tuán)塊浸入1～10mol/L氫氧化鈉反應(yīng)液中，或放入合適的反應(yīng)塔中，用反應(yīng)液霧噴灑，將溫度控制在70—110℃之間，幾小時后即可結(jié)晶。選用NaOH作堿溶劑，OH—的量對高嶺土的溶解作用最大，而晶化過程是在鹽酸濃度1.5—2.0 H ，酸溶溫度70—80℃，酸溶時向2—3h，固液比1：2.5—1：3，選用次氯酸鈉，雙氧水系中硅鋁酸鹽凝膠相互碰撞，擠壓，摩擦，重組而快速形成沸石晶體，晶化率和沸石反應(yīng)速率是由堿溶液中Ha+來控制的，選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)臏囟群蛪A度很重要。當(dāng)溫度超過一定的范圍，晶體將出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)甚至雜晶。當(dāng)堿濃度很高是會在反應(yīng)團(tuán)塊中生成水玻璃，降低了滲透性能，結(jié)果將部分羥基型方鈉石，影響沸石的純度，當(dāng)堿度低是反應(yīng)不穩(wěn)定不完全。這種方法可獲得A型沸石。
如果合成X型和Y型，可以將高嶺土灼燒至930—1100℃，使其中相當(dāng)數(shù)量的Al２O３轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶于堿的a—Al２O３，以提高其有效硅鋁比，將灼燒過高嶺土細(xì)粉與10%—20氫氧化鈉溶液混合成淤漿，在20—50℃下老化1—3d然后在80—110℃中水熱結(jié)晶。若堿量高，則生成X型沸石，堿量低，則生成Y型沸石。如將偏高嶺土用氫氧化鈉和四甲胺氫氧化物溶液水熱處理則生成N型沸石，而用KOH和Ba(OH)2溶液處理，則可生成KBA—L型沸石。
這擇合成的沸石分子篩各種雜質(zhì)少，活化好，結(jié)構(gòu)松散，顆粒細(xì)孔，孔隙和裂隙發(fā)育良好，白度可達(dá)90%以上，這樣的分子篩質(zhì)量好，其活性高，穩(wěn)定性好，選擇性好，沸石分子篩是一種晶態(tài)的氧化硅—氧化鋁，具有分子水平的篩分性能，沸石分子篩一般適在附載在載體上做成實用的各種催化劑。目前高嶺土合成沸石分子篩應(yīng)用研究在陶瓷行業(yè)方面取得了很大進(jìn)展，高嶺土合成沸石分子篩在吸附離子交換和催化性能等方面的利用開拓了廣闊的前景。高嶺土合成的沸石分子篩的應(yīng)用隨著研究的深入，其應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大。因次用高嶺土生產(chǎn)沸石分子篩值得研究開發(fā)利用。
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