關于用高嶺土生產沸石分子篩的技術研究
2021-07-06
脫水沸石具有吸附小的有機分子，使其與大有機分子分離的能力，Mc Bain 化學家論述這種現象時稱之為”分子篩”。從20世界30年代和40年代開始，有關許多有關沸石，吸附和離子交換性質的做了進一步研究，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，現已廣泛應用于環境保護方面，需要量日益增長，但天然沸石稀有，沒有工業規模的礦床可以開采，因而轉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沸石分子篩。這種方法是堿處理法，又稱水熱轉化法，其實質是在過量的堿的存在下，將一些固體硅鋁酸鹽水熱轉化成沸石。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。造價低廉等優點，實際上分字篩是一種人工合成沸石，其內部結構呈三維排到的硅(鋁)氧四面體，彼此連接形成規則的通道，這些通道具有篩選分子的效應。分子篩通常秉用化學原料合成，原料的來源較少，價格較高，如今已經被硅石類的礦物質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組分Fe2O3，Fe3O4，CaO，MgO，等有害和無效雜質，會影響合成沸石的質量，為了有效去除高嶺土的雜質，為合成沸石提供高質量原料，必須進行磁選，焙燒，(加堿)粉磨到200—325目，酸滲，氧化（加入ED?鄄TA），過濾，洗滌，干燥成產品，如果含鋁比例少，可以將補加的氫氧化鈉配置成偏鋁酸鈉溶液，在晶化反應開始時加入進去，使混合物中的SiO2和Al２O３的比值更適合沸石的形成，而且結晶時向可大大縮短，堿的用量可減少一半，產量可提高一倍。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，使之轉變為高化學活性的無定形物質———偏高嶺土。然后與氫氧化鈉溶液拌勻，團塊成型，再在50-60℃下加熱，并通過水蒸汽使團塊為水飽和，以防團塊碎裂。將團塊浸入1～10mol/L氫氧化鈉反應液中，或放入合適的反應塔中，用反應液霧噴灑，將溫度控制在70—110℃之間，幾小時后即可結晶。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，晶化率和沸石反應速率是由堿溶液中Ha+來控制的，選擇適應當的溫度和堿度很重要。當溫度超過一定的范圍，晶體將出現亞穩態甚至雜晶。當堿濃度很高是會在反應團塊中生成水玻璃，降低了滲透性能，結果將部分羥基型方鈉石，影響沸石的純度，當堿度低是反應不穩定不完全。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℃，使其中相當數量的Al２O３轉變為難溶于堿的a—Al２O３，以提高其有效硅鋁比，將灼燒過高嶺土細粉與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少，活化好，結構松散，顆粒細孔，孔隙和裂隙發育良好，白度可達90%以上，這樣的分子篩質量好，其活性高，穩定性好，選擇性好，沸石分子篩是一種晶態的氧化硅—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用研究在陶瓷行業方面取得了很大進展，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用隨著研究的深入，其應用范圍還在不斷擴大。因次用高嶺土生產沸石分子篩值得研究開發利用。
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