混合碱水热法/凝胶类固相法制备钾型W分子筛的研究

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我国可直接利用的易溶型钾盐储量很少,但钾长石等难溶性的、不可直接利用的钾矿资源相当丰富。钾长石是一种三维架状空间结构的硅铝酸盐,物化性质稳定且晶格不易破坏,分解钾长石合成W分子筛是现阶段钾长石综合利用最为经济和有效的方法之一。钾型W分子筛是一种小孔MER型沸石,具有典型的三维互连型八元环主孔道结构,因其特殊的元素组成和典型的空间结构,被广泛应用于不同领域。本文从降低活化温度和改进W分子筛合成工艺的角度出发,分别以化学试剂和钾长石为原料,进行了K2CO3-KOH水热法和凝胶类固相法制备高附加值钾型W分子筛的研究。考察了以化学试剂为原料,在K2CO3-KOH水热法制备W型分子筛过程中,n(K2CO3)/n(KOH)、n(Al2O3)/n(Si O2)、晶化温度和时间等因素的影响。在反应物料摩尔配比为K2CO3:KOH:Al2O3Si O2:H2O=6:20:0.5:10:450,150℃下晶化15 h,可制得形貌为纺锤体、结晶良好的W分子筛。为充分利用合成分子筛后母液中Si、Al、K等元素,设计了母液循环利用工艺。改型后W分子筛,在NH4Cl-(NH42C2O4溶液中的NH4+饱和交换容量高达73.14 mg/g,在模拟海水中的K+饱和交换容量为54.31 mg/g。鉴于水热法用水量大,循环操作复杂的问题,开发了以硅铝干凝胶(n(Al2O3)/n(Si O2)=0.2)为原料,凝胶类固相法合成W分子筛的工艺。在晶化温度为125-150℃,n(K2O)/n(Si O2)=0.125-0.5,n(H2O)/n(Si O2)=5.55-14.81,晶化时间为6-18h的较宽合成条件下,均可合成W分子筛,其中在n(K2O)/n(Si O2)=0.375,n(H2O)/n(Si O2)=7.40,150℃下晶化12 h,可制得形貌为花簇状、结晶良好的W分子筛。其比表面积为221.98 m2/g,在NH4Cl-(NH42C2O4溶液中的NH4+一次交换容量为38.45 mg/g,在模拟海水中的最高钾离子回收量为52.30 mg/g。此方法极大地减少了水的用量,缩短了晶化时间,提高了原料利用率,优化了母液处理工艺,实现了W分子筛的稳定生产。考察了m(K2CO3)/m(KOH)、碱矿比、活化时间和活化温度等因素对K2CO3-KOH熔法活化钾长石的影响。确定了活化钾长石的适宜条件为:m(K2CO3)/m(KOH)=1.5、碱矿比为2:1、活化温度366℃,活化时间1.5 h。以活化产物为原料,补加KOH和水,得到物料摩尔配比为K2CO3:KOH:Al2O3Si O2:H2O=6:20:0.5:10:450的反应前驱物,150℃下静态晶化15 h,制得形貌为纺锤体、结晶良好的W分子筛,其元素重量百分比为:Si 19.21wt%、Al 11.52wt%、K 14.43wt%、O 54.97wt%,与以化学试剂为原料合成的W分子筛组成成分相近。为避免资源浪费和环境污染,设计了母液循环利用工艺,实现了钾长石的高效利用。
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