關(guān)于用高嶺土生產(chǎn)沸石分子篩的技術(shù)研究
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(xué)家論述這種現象時(shí)稱(chēng)之為”分子篩”。從20世界30年代和40年代開(kāi)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(kāi)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(huán)境保護方面,需要量日益增長(cháng),但天然沸石稀有,沒(méi)有工業(yè)規模的礦床可以開(kāi)采,因而轉向了人工合成的研究。
人工合成最簡(jiǎn)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(chēng)水熱轉化法,其實(shí)質(zhì)是在過(guò)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(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(guò)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(cháng)石類(lèi)硅酸鹽的成分。Al2O3的含量?jì)H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(guò),有時(shí)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(lái)看很接近A型沸石,且分布廣,儲量豐富。造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn),實(shí)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(xué)原料合成,原料的來(lái)源較少,價(jià)格較高,如今已經(jīng)被硅石類(lèi)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,Fe3O4,CaO,MgO,等有害和無(wú)效雜質(zhì),會(huì )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(guò)濾,洗滌,干燥成產(chǎn)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(kāi)始時(shí)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,而且結晶時(shí)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,使之轉變?yōu)楦呋瘜W(xué)活性的無(wú)定形物質(zhì)———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(guò)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(shí)后即可結晶。選用NaOH作堿溶劑,OH—的量對高嶺土的溶解作用 ,而晶化過(guò)程是在鹽酸濃度1.5—2.0 H ,酸溶溫度70—80℃,酸溶時(shí)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(lái)控制的,選擇適應當的溫度和堿度很重要。當溫度超過(guò)一定的范圍,晶體將出現亞穩態(tài)甚至雜晶。當堿濃度很高是會(huì )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?yōu)殡y溶于堿的a—Al2O3,以提高其有效硅鋁比,將灼燒過(guò)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(zhì)少,活化好,結構松散,顆粒細孔,孔隙和裂隙發(fā)育良好,白度可達90%以上,這樣的分子篩質(zhì)量好,其活性高,穩定性好,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(shí)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(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(kāi)拓了廣闊的前景。高嶺土合成的沸石分子篩的應用隨著(zhù)研究的深入,其應用范圍還在不斷擴大。因次用高嶺土生產(chǎn)沸石分子篩值得研究開(kāi)發(fā)利用。