低硅铝比X型分子筛的制备及其二次晶化研究

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低硅铝比X型分子筛(LSX)具有独特的骨架结构,良好的离子交换、吸附分离等性能,广泛应用于气体分离领域。变压吸附氮氧分离技术是目前空分制氧的一种重要手段,而选择一种优良的分子筛吸附剂是提高其分离效果的主要途径。目前Li+离子交换的LSX型分子筛是分离效果最好、性能最佳的空分吸附剂。因此,合成出高纯度、高交换度的LSX型分子筛在工业上具有重要的意义。另外,随着工业的快速发展,对分子筛的需求量越来越大,从而产生的失效分子筛也日益增多,对环境造成了一定的影响。因此,对失效分子筛进行二次资源利用也是一个具有研究价值的课题。本论文以提高LSX的结晶度、并且对其进行二次资源应用为出发点,以硅酸钠和铝酸钠为原料,通过两步水热优化合成LSX型分子筛。主要研究内容及结论如下:1、在钠钾体系中采用先低温老化、后高温晶化的两段法合成LSX型分子筛。论文系统地考察了碱硅比(Na2O+K2O)/SiO2、碱度H2O/(Na2O+K2O)、老化温度、晶化温度及时间等因素对沸石结晶的影响。利用X-射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、以及静态饱和水吸附等手段对实验样品进行表征。通过实验数据及表征测试,优化得出LSX型分子筛的最佳合成条件:SiO2/Al2O3=2, (Na2O+K2O)/SiO2=3.75, Na/NaK=0.77, H2O/(Na2O+K2O)=18,混合物老化温度为70℃,老化时间为24 h,晶化温度为100℃,晶化时间为5 h。在此条件下合成的产物粒径均一、轮廓清晰且无杂晶相生成。这部分工作为LSX型分子筛的工业化合成提供了参考。2、从对工业废弃分子筛进行二次资源利用角度出发,对LSX型分子筛进行二次晶化研究。将工业LSX型分子筛在盐酸溶液中溶解形成胶体,再利用NaOH溶液调节体系的碱度,通过两步水热反应二次晶化成功合成了高结晶度的方钠石和NaA型分子筛。利用X-射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)测试方法对二次晶化产物的物相、骨架结构、形貌等进行分析。实验结果表明,经过酸溶后的LSX型分子筛胶体在不同的碱度反应条件下会得到不同种类的分子筛。当反应体系的Na2O/SiO2比在3.75-4.10之间,H<sub>2O/Na2O比小于22的时候,所得到的产物主要为方钠石。当反应体系的Na2O/SiO2比在3.61-2.16区间,H<sub>2O/Na2O比介于25~41.8之间的时候所得产物主要为NaA型分子筛。当H<sub>2O/Na2O比小于14或大于41.8,则产物均为无定型结构。碱度过高会溶解形成的晶核,碱度过低则不能形成晶核,最后都导致产物为无定型结构。该部分的研究对再生利用废旧、失效的空分吸附剂LSX分子筛具有一定的参考价值。
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