以凹土尾矿为原料制备沸石分子筛及其合成工艺设计(附件)
4A沸石不仅空间结构非常独特，还具有高度极化的孔道表面和较大的吸附量等特点，具有优良的吸附与脱附性能。凹土尾矿成分中含有SiO2、Al2O3等，可用来制备4A沸石。本课题在前期凹凸棒石黏土合成4A沸石的基础上，对凹凸棒石黏土尾矿进行酸处理后原位合成4A沸石，研究了4A沸石钙离子交换能力，实现凹凸棒石黏土尾矿的综合利用，并对其进行合成工艺设计。结果表明以NaAlO2或Al(OH)3为铝源都能制备出结晶度较高吸附能力较强的4A沸石，以水或滤液为溶剂都能制备出结晶度较高吸附能力较强的4A沸石。对所制4A沸石进行钙离子吸附测试，发现当以20g水为溶剂，凹土矿用量为3g，碱用量为4.17g，铝酸钠用量为3.126g合成的4A沸石钙离子吸附能力最大，可达到166mg/g；发现用量等比例放大三倍合成的4A沸石的吸附能力差距不大。以凹土尾矿制备4A沸石可行。关键词 凹土尾矿，4A沸石，合成工艺
目录
1 绪论 1
1.1 4A沸石的研究背景 1
1.2 4A沸石的结构和性能 1
1.3 4A沸石的应用 3
1.4 4A沸石的合成材料 4
1.6黏土尾矿的现状 5
1.6黏土的活化方式 6
1.7 本项目研究的目的和意义 6
2 实验部分 7
2.1实验原料及仪器 7
2.1.1 实验原料 7
2.1.2 实验仪器 7
2.2 实验步骤 8
2.2.1凹土尾矿的预处理 8
2.2.2 4A沸石的制备 8
2.2.3 4A沸石的钙离子吸附能力的测定 9
2.3样品表征 9
3 结果与讨论 10
3.1 废凹土矿的酸化 10
3.1.1废土矿的XRD、SEM图谱 10
3.1.2酸化废土矿的XRD、SEM图谱 10
3.2酸化废凹土合成4A沸石的研究 11
3.2.1以NaAlO2 为铝源合成4A沸石 11
3.2.2以Al(OH)3为铝源合成4A沸石 17
3.2.3 钙离子交换能力测试 20
4 4A沸 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
石合成工艺设计 21
4.1 工艺流程图 22
4.2 工艺设计图 23
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 绪论
在六十年代科学家经过不懈努力第一次人工合成沸石分子筛之前，天然沸石在大自然中起初仅仅只是用来分离混合物的。而在此之后，沸石分子筛不仅因为能对混合物起到分离作用是较好的分离剂，还因在石油和化工领域中对化工合成具有催化作用被认为是良好的催化剂。近年来改进沸石分子筛的合成方法及其新工艺研究更是在不断展开，新型沸石分子筛的合成之所以愈来愈受到人们的正视，是因为合成的沸石分子筛具有更优良的性能，这就比原来的无定形硅催化剂效用更高。至今，4A沸石的应用十分广泛，在制备吸附剂，催化剂，离子交换剂和新功能材料等方面它都充当着重要角色。在本文中，我们主要描述以凹土尾矿为原料制备4A沸石分子筛及对此的合成工艺设计。
1 .1 4A沸石的研究背景
在过去我们常常使用含三聚磷酸钠的洗涤助剂用来清洗污垢，忽略了大量含磷物质的水源通过各种途径的交换广泛会分散到江河湖海，致使很多大江大河中出现磷富集营养化等环境问题，对生态环境的破坏巨大，违反人与自然的和谐相处的理念，违背可持续发展的目标。4A沸石作为一种清洁的洗涤助剂，不会对环境造成污染，可以有效的取代磷洗涤助剂。4A沸石在使用过程中不但不会造成水域污染，而且经过去离子技术处理，还可以达到回收循环使用的效果。而今消费者环保意识的不断增强，国家注意到环境问题的重要性后也开始严厉实施限制或禁止含磷物质的政策，这些客观原因导致沸石研究呈现多样化发展趋势，沸石需求量也在不断攀升。
4A沸石因为空间结构非常独特、高度极化的孔道表面和较大的吸附量，所以具有优良的吸附与脱附性能。不仅如此，4A沸石通过改性处理之后，催化、光磁、传感器、电子和主客体化学等领域都有其用武之地。经过不断努力，4A沸石合成工艺研究已然十分成熟，该工艺研究领域的重心是低成本、高纯度、高稳定性、单晶相及大吸附量沸石。
1.2 4A沸石的结构和性能
1.2.1 4A沸石的结构
图121为A型沸石分子筛的基本结构单元：A型沸石的结构主要有三种，它们是立方体笼、α笼和β笼。β笼是削角八面体。β笼是由8个六元环和6个四元环组成的笼，α笼是用四元环衔接起来的8个β笼围起来的空间。立方体的8个顶点上分别放置β笼，8个β笼之间用六个四元环经过立方体笼连接起来，A型沸石分子筛的晶体结构就是由这样的骨架组成的。由四元环衔接起来的8个β笼围起来的空间又构成了一个大的α笼，这个α笼是A型沸石的主晶穴。α笼比β笼大，它的平均直径为1.14 nm， A型沸石晶系属于等轴晶系，晶胞参数a=24.64。n笼与α笼之间经由八元环而彼此连通，八元环为A型沸石的主晶孔，有效孔径为0.42nm。
一个α笼或一个β笼便可以看作一个晶胞，称作伪晶胞。A型沸石理想晶胞组成：Na96[Al96Si96O384]216H2O，伪晶胞分子式： Na12[(AlO2)12(SiO2)12]27H2O，经验分子式：Na2OAl2O32SiO24.5H2O。伪晶胞中含有十二个钠离子，这十二个钠离子的分布状态为四个钠离子分布在三个八元环上，另外每个六元环中含一个钠离子，所以八个钠离子分布在晶胞的八个六元环上。除此之外，因为处在八元环上的钠离子往一边偏，八元环就被遮挡了一部分，导致它的有效孔径为0.42nm，所以NaA沸石也叫做4A沸石。
/
图121为A型沸石分子筛的基本结构单元
1.2.2 4A沸石的性能
4A沸石是一种洗涤助剂，可以用来交换洗涤水中的硬水成分比如钙、镁离子等。4A沸石对钙、镁离子交换容量与离子交换速度成正比，离子交换能力和离子交换速度影响着助洗效果。沸石的结晶粒度对钙离子交换能力有极大影响。沸石的结晶粒度与钙离子交换量成反比，沸石结晶粒度越小离子交换速度越快。因为更多水分子和带电量高体积小的镁离子结合，很难进入沸石晶胞中的造成镁离子交换容量较小。
(2) 4A沸石的吸附性能
与其它多孔物质相比较沸石分子筛属于微孔物质。沸石分子筛表面积大，而颗粒外表面积只有1％左右，因为4A沸石内部含很多孔道，这些表面积主要是内表面积。提高沸石的吸附量必定要提高它的表面积。因此，它作为洗涤剂主要组分的重要作用是对水及非离子表面活性剂的吸附性能。4A沸石的液体携带能力是STPP的4倍，这种能力同时也是碳酸钠的近3倍。
目录
1 绪论 1
1.1 4A沸石的研究背景 1
1.2 4A沸石的结构和性能 1
1.3 4A沸石的应用 3
1.4 4A沸石的合成材料 4
1.6黏土尾矿的现状 5
1.6黏土的活化方式 6
1.7 本项目研究的目的和意义 6
2 实验部分 7
2.1实验原料及仪器 7
2.1.1 实验原料 7
2.1.2 实验仪器 7
2.2 实验步骤 8
2.2.1凹土尾矿的预处理 8
2.2.2 4A沸石的制备 8
2.2.3 4A沸石的钙离子吸附能力的测定 9
2.3样品表征 9
3 结果与讨论 10
3.1 废凹土矿的酸化 10
3.1.1废土矿的XRD、SEM图谱 10
3.1.2酸化废土矿的XRD、SEM图谱 10
3.2酸化废凹土合成4A沸石的研究 11
3.2.1以NaAlO2 为铝源合成4A沸石 11
3.2.2以Al(OH)3为铝源合成4A沸石 17
3.2.3 钙离子交换能力测试 20
4 4A沸 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
石合成工艺设计 21
4.1 工艺流程图 22
4.2 工艺设计图 23
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 绪论
在六十年代科学家经过不懈努力第一次人工合成沸石分子筛之前，天然沸石在大自然中起初仅仅只是用来分离混合物的。而在此之后，沸石分子筛不仅因为能对混合物起到分离作用是较好的分离剂，还因在石油和化工领域中对化工合成具有催化作用被认为是良好的催化剂。近年来改进沸石分子筛的合成方法及其新工艺研究更是在不断展开，新型沸石分子筛的合成之所以愈来愈受到人们的正视，是因为合成的沸石分子筛具有更优良的性能，这就比原来的无定形硅催化剂效用更高。至今，4A沸石的应用十分广泛，在制备吸附剂，催化剂，离子交换剂和新功能材料等方面它都充当着重要角色。在本文中，我们主要描述以凹土尾矿为原料制备4A沸石分子筛及对此的合成工艺设计。
1 .1 4A沸石的研究背景
在过去我们常常使用含三聚磷酸钠的洗涤助剂用来清洗污垢，忽略了大量含磷物质的水源通过各种途径的交换广泛会分散到江河湖海，致使很多大江大河中出现磷富集营养化等环境问题，对生态环境的破坏巨大，违反人与自然的和谐相处的理念，违背可持续发展的目标。4A沸石作为一种清洁的洗涤助剂，不会对环境造成污染，可以有效的取代磷洗涤助剂。4A沸石在使用过程中不但不会造成水域污染，而且经过去离子技术处理，还可以达到回收循环使用的效果。而今消费者环保意识的不断增强，国家注意到环境问题的重要性后也开始严厉实施限制或禁止含磷物质的政策，这些客观原因导致沸石研究呈现多样化发展趋势，沸石需求量也在不断攀升。
4A沸石因为空间结构非常独特、高度极化的孔道表面和较大的吸附量，所以具有优良的吸附与脱附性能。不仅如此，4A沸石通过改性处理之后，催化、光磁、传感器、电子和主客体化学等领域都有其用武之地。经过不断努力，4A沸石合成工艺研究已然十分成熟，该工艺研究领域的重心是低成本、高纯度、高稳定性、单晶相及大吸附量沸石。
1.2 4A沸石的结构和性能
1.2.1 4A沸石的结构
图121为A型沸石分子筛的基本结构单元：A型沸石的结构主要有三种，它们是立方体笼、α笼和β笼。β笼是削角八面体。β笼是由8个六元环和6个四元环组成的笼，α笼是用四元环衔接起来的8个β笼围起来的空间。立方体的8个顶点上分别放置β笼，8个β笼之间用六个四元环经过立方体笼连接起来，A型沸石分子筛的晶体结构就是由这样的骨架组成的。由四元环衔接起来的8个β笼围起来的空间又构成了一个大的α笼，这个α笼是A型沸石的主晶穴。α笼比β笼大，它的平均直径为1.14 nm， A型沸石晶系属于等轴晶系，晶胞参数a=24.64。n笼与α笼之间经由八元环而彼此连通，八元环为A型沸石的主晶孔，有效孔径为0.42nm。
一个α笼或一个β笼便可以看作一个晶胞，称作伪晶胞。A型沸石理想晶胞组成：Na96[Al96Si96O384]216H2O，伪晶胞分子式： Na12[(AlO2)12(SiO2)12]27H2O，经验分子式：Na2OAl2O32SiO24.5H2O。伪晶胞中含有十二个钠离子，这十二个钠离子的分布状态为四个钠离子分布在三个八元环上，另外每个六元环中含一个钠离子，所以八个钠离子分布在晶胞的八个六元环上。除此之外，因为处在八元环上的钠离子往一边偏，八元环就被遮挡了一部分，导致它的有效孔径为0.42nm，所以NaA沸石也叫做4A沸石。
/
图121为A型沸石分子筛的基本结构单元
1.2.2 4A沸石的性能
4A沸石是一种洗涤助剂，可以用来交换洗涤水中的硬水成分比如钙、镁离子等。4A沸石对钙、镁离子交换容量与离子交换速度成正比，离子交换能力和离子交换速度影响着助洗效果。沸石的结晶粒度对钙离子交换能力有极大影响。沸石的结晶粒度与钙离子交换量成反比，沸石结晶粒度越小离子交换速度越快。因为更多水分子和带电量高体积小的镁离子结合，很难进入沸石晶胞中的造成镁离子交换容量较小。
(2) 4A沸石的吸附性能
与其它多孔物质相比较沸石分子筛属于微孔物质。沸石分子筛表面积大，而颗粒外表面积只有1％左右，因为4A沸石内部含很多孔道，这些表面积主要是内表面积。提高沸石的吸附量必定要提高它的表面积。因此，它作为洗涤剂主要组分的重要作用是对水及非离子表面活性剂的吸附性能。4A沸石的液体携带能力是STPP的4倍，这种能力同时也是碳酸钠的近3倍。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/458.html
