沸石分子筛与地聚合物比较研究.pdf

1、粉煤灰综合利用F L YA S HC O 哩嗵灌m N S I V EI I I J Z A o N2 0 1 5N O 5沸石分子筛与地聚合物比较研究邓慧，杨梦佳，姜文选，曹月坤，陈文艺(辽宁石油化工大学化学化工环境学部，辽宁抚顺11 3 0 0 1)摘要：沸石是一类具有骨架结构的铝硅酸盐，地聚合物是铝硅质的无机原料通过矿物缩聚而成的无定形三维网状无机聚合物。两者均可以通过含硅铝酸盐的矿物材料或工业废弃物在碱性试剂激发下通过水热反应合成。针对国内外研究现状，比较了沸石分子筛和地聚合物的结构、合成方法、反应机理和相互转化。关键词：沸石分子筛；地聚合物；碱激发中图分类号：T Q 6 4 9 4+

2、5文麓标识码：B文章编号：1 0 0 5 8 2 4 9(2 0 1 5)0 5 0 0 5 3-0 4沸石分子筛的基本结构是硅氧四面体 S i O。和铝氧四面体 A 1 0。以共角顶方式联成硅铝氧格架j，格架中形成许多宽阔的空穴和孔道，不同类型的沸石具有不同的晶体结构，N a A 型、N a X 型和N a Y 型沸石为三维结构，而Z S M 一5 型沸石为二维结构。Z S M 一5 型沸石作为富硅沸石分子筛由有机胺及季胺盐作模板剂合成，称为第二代沸石分子筛心J，目前合成的M C M 一4 1 为代表的介孔硅铝酸盐突破了以硅氧四面体为主要元素的概念，并且超越了十二元环孔道结构 3 。地聚合物

3、的概念由法国J o s e p hD a v i d o v i t s 提出，是由硅铝原料通过矿物缩聚生成的一种具有无定形三维网络状结构的无机凝胶材料H J。其内部结构由离子键和共价键组成，主要是由共用氧键形成硅氧四面体和铝氧四面体，其中的负电荷由碱金属或碱土金属阳离子中和”6J。D a v i d o v i t sL _ 将地聚合物的结构型态分为P S、P S S、P S D S 型，低硅铝比(S i M=l，2，3)的地聚合物是一种严格的3 D 网络状结构，而高硅铝比(S i A I 1 5)的地聚合物材料则显示出聚合特征。地聚合物凝胶体是由直径为5 r i m 一1 0 n m 的一

4、次凝胶颗粒构成，而这些颗粒又围成了纳米级孔道，这些孔道是地聚合物介孔的来源。同时，地聚合物还含有大孔(孔径大于5 0 n m)和微孔(孑L 径小于2 n m)，大孔由粉煤灰或高岭土颗粒之间的间隙形成，微孔是地聚合物凝胶的笼状结构所形成的孔隙。收稿日期：2 0 1 5 0 4 1 21 合成方法1 1 沸石分子筛的合成方法沸石分子筛的合成方法以碱激发为主，根据原料不同，沸石分子筛的水热方法分为化学原料和天然矿物原料2 种。化学原料法一般是从化学试剂中挑选硅源、铝源，与碱和水按照一定的加料顺序和摩尔比配置，在一定的温度和压力下晶化反应制得沸石分子筛。硅源可以选择硅胶、硅酸钠、水玻璃、硅酸酯和二氧化

5、硅，铝源一般选择活性氧化铝、氢氧化铝、铝酸钠和各种铝的无机盐。碱一般选择N a O H(K O H、N a H C O，、N a：C O，)。早期的沸石分子筛都是通过化学原料法实现。天然矿物原料法是以天然硅铝酸盐矿物或工业废渣如高岭石、膨润土、珍珠岩、粉煤灰、硅藻土、煤轩石等代替化学原料法中的硅源和铝源。粉煤灰水热法是传统的制备方法，工艺简单，通常可以得到一种或几种沸石分子筛及含原粉煤灰结晶矿物相的混合物。二步水热法和碱熔融水热法均由传统水热法发展而来，H o I I m a n 1 开创的二步水热法是在第一步水热法的基础上根据合成沸石的需要调节反应物硅铝比后再水热晶化，而S h i g e

6、m o t o 一1 提出的碱熔融水热法是在传统的水热合成之前将粉煤灰与固体强碱混合均匀，高温下熔融的方法。微波辅助和晶种法分别是晶化时提供微波辅助，或向粉煤灰中添加适当的晶种诱导粉煤灰转晶形成沸石。化学原料合成的沸石分子筛纯度较高，5 3 2 0 1 5N O 5粉煤灰综合利用F L Y A S HC O M 叩固E 耻N S I V EU T I Z A T I O N但会导致原料性能要求高且生产成本高，天然矿物原料来源丰富且廉价，降低了生产成本但是杂质会影响沸石分子筛的结晶度和纯度。1 2 地聚合物的合成方法地聚合物的原料主要包括富含活性硅铝质的粉体材料，偏高岭土被认为是制备地聚合物的首选材料，低钙粉煤灰比高钙粉煤灰更适合作地聚合物原料，因为钙量过高会影响聚合过程，改变微观结构0|。制备地聚合物材料常用的激发剂主要有碱性激发剂、酸性激发剂和复合激发剂1|。目前普遍认为水玻璃与碱的复合激发剂效果最好。P a l o m o 认为与只用氢氧化钠相比，碱液中含有可溶性的硅酸盐时反应速度更快0 1 2 ，R e e s 等用红外原位监测法证实N a O H 溶液中添加硅酸钠后胶凝相形成加