膨润土制备分子筛

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膨润土是一种具有优良的物化性能、价格低廉、并且储藏丰富的矿物资源。利用膨润土可以制备多种深加工产品,包括白炭黑、有机膨润土、复合材料等。而由膨润土制备沸石分子筛既为膨润土开发利用开辟了新途径,也为沸石分子筛的制备提供了一种来源丰富、价格低廉的原料。本研究以膨润土为原料,采用碱溶/高温碱熔活化-水热法制备沸石分子筛,并系统地考察了制备路线及工艺条件对产物理化性质的影响,研究结果如下:(1)采用一步碱溶水热法合成4A分子筛,探讨了合成工艺参数对产品性能的影响。研究结果表明,当nNa2O/nSiO2=2、nH2O/nNa2O=60、nSiO2/nAl2O3=1.5,于90℃反应6h,可获得具有较高结晶度的4A分子筛,其钙离子交换容量达到293mgCaCO3/g。(2)以氢氧化钠为活化剂,采用高温碱熔水热法制备4A分子筛。重点探讨了活化温度与物料组成(nSiO2/nAl2O3、nNa2O/nSiO2和nH2O/nNa2O)对4A分子筛结构与性能的影响。结果表明,高温碱熔能够提高物料的反应活性和产物的结晶度。当活化温度为600℃,物料组成为nSiO2/nAl2O3=1.5、nNa2O/nSiO2=3与nH2O/nNa2O=50,于90℃反应6h可以得到质量较好的4A分子筛,其产品的晶形规整,晶粒均小于2μm,钙离子交换容量可达到314mgCaCO3/g。(3)通过TG-DTA和XRD研究了碳酸钠一步碱熔活化制备4A分子筛的活化机制,并对制备4A分子筛的物料组成进行了优化。研究发现,通过碳酸钠与原料高温反应,破坏了膨润土的矿物结构,生成具有较高反应活性的硅酸钠与偏铝酸钠,从而达到了活化作用。当物料经800℃活化后,调节组成为nSiO2/nAl2O3=1.5、nNa2O/nSiO2=3和nH2O/nNa2O=50,于90℃反应6h得到了结晶度及钙离子交换度很高的4A分子筛,其Ca2+交换容量达到了302mgCaCO3/g。(4)采用碱溶/高温碱熔活化膨润土水热法初步探讨了P型沸石分子筛的制备。研究发现,膨润土经碳酸钠高温活化可制备出结晶度高的P型沸石分子筛。(5)采用高温碱熔制备的4A分子筛,对含铜模拟废水进行了处理研究。实验结果表明,当模拟废水铜离子浓度为600mg/L,调整其pH值为6.0,于50mL废水中加入0.4g分子筛吸附40min,则铜离子的去除率可达99%以上。本研究通过对物料一步碱熔活化,水热合成了具有较高质量的4A分子筛。此法不仅避免了以往二次投加铝源和一些铝源难于活化的问题,也简化了常规碱法合成的工艺,缩短了生产周期,对降低4A分子筛生产成本和提高经济效益具有指导意义。
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