4A沸石分子筛因其孔道结构规整,内比表面积大和孔内库仑电场较强,具有优良的选择吸附、离子变换、催化及亲水憎有机物等特性,广泛应用于化工、环保及高新技术领域的催化裂解、大/小分子及极性/非极性分子分离、气体和/或液体的干燥与分离等方面。由于工业合成的分子筛多为粉晶状,在实际应用过程中需要加入粘结剂制成具有一定强度的型体,而加入的粘结剂必然会降低有效分子筛的含量,且会部分堵塞分子筛孔口而影响其使用性能,有时还会引发一些不良的副反应。因此,无粘结剂分子筛的开发应用研究成为近年来备受关注的课题。本研究旨在探讨利用高岭土直接合成法制备无粘结剂4A分子筛的技术路线和方法。在一系列实验与表征的基础上,重点针对高岭土的热相变规律、造孔剂的作用及添量、坯休焙烧活化制度、成型体陈化条件、前躯体晶化参数、以及分子筛的水热转化机制进行了系统研究。以天然层状硅酸盐高岭土为主要原料,将造孔剂按4:100～12:100(wtt%)的比例加入高岭土中,喷入适量去离子水并充分混匀,然后进行造粒成型得坯体。将坯体在110℃下干燥120min,再在650～730℃下焙烧1.5-3h得到成型体。在浓度为3～6mol/L的NaOH溶液中,60～75℃下陈化4-7h得分子筛前躯体,继续升温至80～95℃晶化3-5h。最后,经去离子水洗涤pH至8-9,干燥后获得合成产物。通过焙烧去除挥发份杂质,使高岭土中Si02和Al203总量由78.28wt%提高到99.1wt%,具备了转化分子筛的基础。利用SEM和压汞仪等方法,结合产物的静态水吸附率表征,考察了造孔剂添加量与成型体孔性特征及分子筛转化率的关系,发现造孔剂添加量与分子筛转化率呈正相关关系,用碳粉作造孔剂时,添加量以10wt%为宜。通过TG-DTA、XRD和SEM等,深入研究了高岭土的热相变规律,确定了高岭土活化的最佳条件,表明在650℃-730℃高岭土可变成偏高岭土,坯体在680℃下焙烧2h可获得利于分子筛转化的成型体。实验研究了成型体陈化转化分子筛前躯体、以及前躯体晶化合成4A分子筛的理化条件,表明成型体在70℃.5mol/L的NaOH溶液中进行陈化6h,然后继续升温至95℃,晶化4h,可得高结晶度的4A分子筛,其静态水吸附达21.11wt%。利用正交实验研究了合成条件对分子筛转化率的影响,发现在成型体转化分子筛过程中,陈化条件比晶化条件的影响更大些,其中陈化温度对分子筛转化率的影响最大,其余从大到小依次是陈化时间>晶化时间>晶化温度。因此,缜密控制陈化过程以获得高质量的前躯体,是制备高转化率分子筛的关键。基于实验和综合研究,进一步探讨了利用高岭土制备无粘结剂沸石分子筛的转化机制,认识到由高岭土形成分子筛的过程主要经历“坯体活化→成型体陈化(前驱体)→分子筛晶化”三个阶段,经历了液相和固相两种转化历程,既有前躯体溶解-缩聚形成分子筛的液相转化,也有凝胶固相经结构重组直接形成分子筛的固相转化。