论文部分内容阅读
锂型低硅铝比X型沸石分子筛(Li-LSX)具有较好的富氧性能，在气体分离方面应用广泛。通过Na-LSX分子筛制备Li-LSX分子筛常见的制备方法是水溶液交换法，该方法具有交换条件温和、易操作等优点，但是该方法在交换过程中需要进行多次交换或连续交换，并且消耗大量的交换溶液且浪费现象严重。鉴于此，寻找一种既能降低锂盐浪费，又能得到高交换度的方法显得尤为重要。同时，Li+在LSX分子筛骨架中的S5位置(Li+>70％)时，沸石分子筛对氮的吸附量才会明显地增加。可见，研究Li+在不同交换度LSX分子筛骨架中的分布对其氮氧分离有着重要的作用。 本论文采用三种不同的交换方法，对Na-LSX沸石分子筛进行Li+交换，制备出不同交换度的LSX分子筛，再结合XRD、FT-IR、SEM、TG和NMR等手段对其进行结构和性能的表征，主要结论如下： 1.采用水溶液交换法，通过改变交换次数得到不同交换度的(Li，Na)-LSX分子筛，并对其进行XRD、FT-IR、SEM和TG-DSC表征，结果表明随着Li+交换度的增加，LSX分子筛的晶胞常数减小，热稳定性降低，但形貌和骨架结构并未发生变化。 2.通过水溶液交换与固相交换相结合的方法，在水溶液交换四次后，引入固相交换法，得到不同交换度的(Li，Na)-LSX沸石分子筛，并对其进行XRD、FT-IR、SEM和TG-DSC表征，结果表明随着Li+交换度的增加，LSX分子筛的晶胞常数减小，热稳定性降低，部分形貌遭到破坏，可能是由于高温对其影响，但骨架的结构并未发生变化。 3.采用一种新的水溶液交换与固相交换相结合的方法，首先通过水溶液交换法将NH4+取代Na+得到NH4-LSX分子筛，最佳交换条件：交换温度70℃，交换次数八次。FT-IR光谱和TG分析结果表明NH4+已成功交换LSX分子筛中的Na+，交换前后其形貌未发生变化。但是交换温度过高则会破坏其骨架结构，为进一步得到高交换度的Li-LSX提供了重要的实验数据。 4.通过固相交换法对NH4-LSX分子筛进行Li+交换，最佳交换条件：升温的终点温度450℃、恒温时间3h，再通过改变LiCl·H2O与分子筛的摩尔比，得到不同交换度的(Li，NH4)-LSX分子筛，并对其进行XRD、FT-IR、SEM和 TG表征，结果表明随着Li+交换度的增加，LSX分子筛的晶胞减小，但形貌和骨架结构并未发生变化。 5.采用NMR对三种交换方法得到的不同交换度LSX沸石分子筛进行表征，29Si MAS NMR结果表明交换前后的样品骨架结构并未发生变化。7Li MAS NMR结果表明当Li+交换度小于70％时，Li+主要进入LSX分子筛骨架中的S2、S3位置，当交换度大于70％后，S2、S3位置全部被Li+占据，多余的Li+逐步占据S5位置，可见，Li+进入不同骨架中由易到难的顺序为S2、S3、S5。同时，初步对不同交换度的(Li，NH4)-LSX分子筛进行了氮氧吸附性能的研究，得出随着Li+交换度的增加，N2吸附量和氮氧分离系数逐渐增大，这与S5位置上的Li+有关。