粉煤灰沸石水热合成方法的影响因素研究.pdf

1、粉煤灰综合利用F L Y A S HC o M P R E H E N S EU T 玎L I Z A T I o N2 0 1 4N o 3粉煤灰沸石水热合成方法的影响因素研究S t u d yo nI n f l u e n c i n gF a c t o r so fF l y A s hH y d r o t h e r m a lS y n t h e s i sM e t h o d邓慧，郭畅，毕欣(辽宁石油化工大学化学化工环境学部，辽宁抚顺，l1 3 0 0 1)摘要：水热合成法是粉煤灰沸石碱性合成的主要方法，是将粉煤灰与碱溶液(N a O H 或K O H)按一定比例混合，在

2、一定温度下老化一段时间，经过搅拌、晶化、过滤后得到沸石。本文介绍了粉煤灰水热合成沸石的反应机理，并综述了水热合成法及各种衍生方法的影响因素，如粉煤灰的组成、碱的作用、高温煅烧的作用、微波辐射的作用和搅拌的作用。关键词：水热合成法；粉煤灰；沸石；影响因素中图分类号：T Q 6 4 9 4+5文献标识码：B文章编号：1 0 0 5-8 2 4 9(2 0 1 4)0 3 0 0 5 3 0 4水热合成方法是粉煤灰碱性合成沸石的主要方法。传统水热法的基本过程为：将粉煤灰与适当浓度的碱液(N a O H 或K O H)混合，一定温度下老化一定时间，经过搅拌、晶化、过滤后得到沸石o I-3 。传统的一步

3、水热法产率低、能耗高、副产品多J，两步法 J、微波辅助法旧J、晶种法 1 和高温熔融水热法o 均属于水热合成法的衍生方法。两步法在两次水热过程中间通过添加硅盐、铝盐调节产品中的硅铝比例，提高沸石的产率和纯度；微波辅助法用微波加热法代替传统的油浴或电加热方法，缩短了晶化时间，缩小了颗粒粒径。晶种法将天然沸石或现有沸石样品加人到粉煤灰和碱性试剂混合物中诱导特定类型的沸石生成，提高沸石纯度。高温熔融水热法是在水热法的操作步骤之前增加粉煤灰的高温熔融步骤来提高沸石纯度。N M u r a y a m a 等1 认为粉煤灰水热合成沸石的过称包括：(1)粉煤灰中S i 4+和A 1 3+的溶解释放；(2)

4、碱液中硅铝浓缩并形成硅铝凝胶；(3)硅铝凝胶在一定条件下晶化形成沸石。M a r i o n 等圳进一步提出粉煤灰水热合成过程还应包含一个硅铝酸盐的分子重组过程，认为没有外加S i 源时粉煤灰水热合成N a P 1 型沸石的过称包括：(1)粉煤灰中A l 源的释放和富S i 的铝矽酸盐的形成；(2)粉煤灰中溶解的S i 相与A l 相的第一作者：邓慧(1 9 7 9 6-)。讲师。博士。研究方向：环境化工收稿日期：2 0 1 3 一1 1 1 4进一步沉积，导致溶液中S i A 1 失衡，涉及到不定型固体的自组装过程；(3)与溶液体系亚稳态平衡相关，母液中的S i 4+和A l”浓度恒定；(4

5、)只有无外加S i 源时发生八面沸石结构向N a P l 型沸石结构的转变。因此，粉煤灰的组成、N a O H、搅拌、微波辐射及高温煅烧作用均影响合成沸石的类型和性能。1 粉煤灰的组成粉煤灰的主要氧化物组成为S i O：和A 1：0，两者的总含量接近或者超过6 0，因此在碱性活化方法中作为硅铝源。水热合成法首先是从碱性激发剂促使粉煤灰中的硅铝相结构解体，溶解出S i O：和A 1：0，开始的，因此硅铝源中的S i O：A I：0，对硅铝凝胶形成有重要影响，进而影响合成沸石的结构。低S i A I 体系中低聚态的硅铝酸盐形成速度很快，高S i A 1 体系的反应体系中首先发生硅铝单体之间的快速缩

6、聚，进而发生硅酸盐单体之间的缓慢缩聚1 13C h i n d a p r a s i r t 等【1 2 发现提高体系中的硅、铝含量均可以缩短凝胶的形成时间。H K a z e m i a n 等到利用高硅的粉煤灰(S i O，A 1 2 0 3=2 2 5 2 8)于1 2 0。C 下水热晶化4 h 得到N a-P 1 型沸石。如图l，H T a n a k a【1 4 等发现采用N a O H N a A l 0 2 体系改性粉煤灰时，1 0 S i 0 2 A 1 2 0 3 2 0 得到N a-A 型单相沸石，2 5 S i 0 2 A I：0，时得到N a x型沸石且结晶度随S i A 1 的增加而增加，而N a-A 型沸5 3 2 0 1 4N o 3粉煤灰综合利用F L YA S HC o M P R E H E N S I V EU T I L I Z A T I o N石的结晶度却随之下降，S i O：A 1：0，=7 3 时出现单相的N a-A 型沸石。图1S i 0 2 A 1 2 0 3 分别为1 0(a)，2 0 Ib)。5 1(c)和7 3(d)时沸石的S