CN101618880A - 凹凸棒石粘土合成纯4a沸石、p型沸石和方钠石的方法 - Google Patents

凹凸棒石粘土合成纯4a沸石、p型沸石和方钠石的方法 Download PDF

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金叶玲
固旭
冯良东
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Abstract

本发明公开了凹凸棒石粘土合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石的方法,其特征在于该合成方法包括以下步骤:首先,高温煅烧凹凸棒石粘土;然后,碱液浸泡煅烧的凹凸棒石粘土得含Na2SiO3的浸出液;最后,碱性浸出液中添加铝源进行水热晶化合成,经过滤、水洗和干燥分别得到纯4A沸石、P型沸石、方钠石。本发明的合成方法以凹凸棒石粘土为原料,经煅烧、碱浸预处理,通过调节合成条件分别得到纯4A沸石、P型沸石和方钠石,合成方法简单,原料易得,生产成本低。

Description

凹凸棒石粘土合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石的方法
技术领域
本发明涉及一种以凹凸棒石粘土为原料合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石的方法,具体地说是一种以煅烧凹凸棒石粘土为硅源,通过调节合成条件分别合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石的方法。
背景技术
沸石是具有规整孔道、较大比表面积、高水热稳定性的铝硅酸盐晶体,已被广泛地应用在催化、吸附、分离等领域。其中4A沸石和P型沸石具有较强的离子交换能力,是洗涤助剂三聚磷酸钠的优良替代品,也可用作吸附剂、干燥剂等;方钠石是一种具有
Figure G2009101820505D00011
孔径的多孔硅铝酸盐沸石,可用作吸附剂、光致变色材料和储氢材料,具有较大工业应用前景。上述沸石可由含铝或硅的化工原料与氢氧化钠水热合成,纯度高,质量较好,然而生产成本较高,且原料来源受到限制,制约了合成沸石的应用领域。因此,为了降低生产成本,采用含硅铝的无机矿物,如高岭土(ZL98117045.5、CN101033070A)、粉煤灰(ZL02138756.7、ZL02112272.5)、煤矸石(ZL200410064592.X)、铝土矿(非金属矿,2008,24~26)、膨润土(CN101428815A)等来合成上述沸石,以取代传统化工原料,目前已形成一定生产规模。
凹凸棒石粘土(以下简称凹土)是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物,理论化学成分为:SiO2 56.96%,(Mg,Al,Fe)O 23.83%,H2O 19.21%;凹土中含有较多的SiO2成分,因此凹土可作为沸石合成的硅源。目前以其为原料通过水热碱浸处理可合成方沸石、丝光沸石、A型沸石(CN101066766A)和X型沸石(CN101337681A)。
发明内容
本发明的目的是:提供一种凹凸棒石粘土合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石的方法,以价廉的凹凸棒石粘土为原料,调节合成条件分别合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石,拓展凹土的应用价值。
本发明的技术解决方案是该合成方法包括以下步骤:首先,高温煅烧凹凸棒石粘土;然后,碱液浸泡煅烧的凹凸棒石粘土得含Na2SiO3的浸出液;最后,碱性浸出液中添加铝源进行水热晶化合成,经过滤、水洗和干燥分别得到纯4A沸石、P型沸石和方钠石。
本发明的合成方法的具体步骤如下:
1)凹凸棒石粘土600~800℃焙烧1~3h;
2)将煅烧的凹凸棒石粘土按固液质量体积比1∶4加入碱液浸泡,过滤,得含Na2SiO3的浸出液;其中,碱液为浓度5mol/L或8mol/LNaOH溶液,处理温度为80~100℃,处理时间为1~2h;
3)在5mol/LNaOH溶液浸出得到的碱性浸出液中按体积比1∶1添加铝源溶液,室温搅拌陈化0.5h,80~90℃进行水热晶化5h,经过滤、水洗和干燥得纯4A沸石,其中,铝源溶液为Al2(SO4)3或NaAlO2溶液,Al3+离子摩尔浓度为1~1.88mol/L;或在5mol/LNaOH溶液浸出得到的碱性浸出液中按体积比1∶4添加铝源溶液,搅拌均匀,用1mol/L的H2SO4或HCl溶液调节pH值为11,室温搅拌陈化8~12h,110~150℃水热晶化8~48h,经过滤、水洗和干燥得P型沸石,其中,铝源溶液为Al2(SO4)3或NaAlO2溶液,Al3+离子摩尔浓度为1~2.5mol/L;或在8mol/LNaOH溶液浸出得到的碱性浸出液中按体积比1∶4添加铝源溶液,室温搅拌陈化8~12h,180℃水热晶化8~24h,经过滤、水洗和干燥得方钠石,其中,铝源溶液为Al2(SO4)3或NaAlO2溶液,Al3+离子摩尔浓度为1~3mol/L。
本发明的合成方法以凹凸棒石粘土为原料,经煅烧、碱浸预处理,通过调节合成条件分别得到纯4A沸石、P型沸石和方钠石,合成方法简单,原料易得,生产成本低。
附图说明
图1为本发明合成的4A沸石的SEM照片
图2为本发明合成的P型沸石的SEM照片
图3为本发明合成的方钠石的SEM照片
具体实施方式
下面结合具体的实施例,进一步详细地描述本发明;应理解,这些实施例只是为了举例说明本发明的技术解决方案,而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
以凹凸棒石粘土为原料制备纯4A沸石:在800℃下煅烧凹凸棒石粘土1h;将5g煅烧的凹凸棒石粘土置于20ml的5mol/L的NaOH溶液中,100℃搅拌1h,过滤,得到含Na2SiO3的浸出液;将2.5gNaAlO2加入到19.23g H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,搅拌0.5h,混合液80℃水热晶化5h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为立方体的纯4A沸石。
实施例2
以凹凸棒石粘土为原料制备纯4A沸石:在700℃下煅烧凹凸棒石粘土2h;将5g煅烧的凹凸棒石粘土置于20ml的5mol/L的NaOH溶液中,90℃搅拌1.5h,过滤,得到含Na2SiO3的浸出液;将3.6gNaAlO2加入到19.23g H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,搅拌0.5h,混合液85℃水热晶化5h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为立方体的纯4A沸石。
实施例3
以凹凸棒石粘土为原料制备纯4A沸石:在600℃下煅烧凹凸棒石粘土3h;将5g煅烧的凹凸棒石粘土置于20ml的5mol/L的NaOH溶液中,85℃搅拌2h,过滤,得到含Na2SiO3的浸出液;将5.4gNaAlO2加入到19.23g H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,搅拌0.5h,混合液90℃水热晶化5h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为立方体的纯4A沸石。
实施例4
以凹凸棒石粘土为原料制备纯4A沸石:凹凸棒石粘土的焙烧和碱处理同实例1,得到含Na2SiO3的浸出液;将6.66g Al2(SO4)3·18H2O加入到16g H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,搅拌0.5h,混合液80℃水热晶化5h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为立方体的纯4A沸石。
实施例5
以凹凸棒石粘土为原料制备纯4A沸石:凹凸棒石粘土的焙烧和碱处理同实例1,得到含Na2SiO3的浸出液;将10g Al2(SO4)3·18H2O加入到14.37g H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,搅拌0.5h,混合液90℃水热晶化5h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为立方体的纯4A沸石。
实施例6
以凹凸棒石粘土为原料制备纯P型沸石:在800℃下煅烧凹土1h;将5g煅烧的凹凸棒石粘土置于20ml 5mol/L的NaOH溶液中,100℃搅拌1h,过滤,得到含Na2SiO3的浸出液;将1.658gAl2(SO4)3·18H2O加入到5g H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,搅拌0.5h,用1mol/LH2SO4溶液调节pH=11,陈化8h,混合液110℃水热晶化48h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为纯P型沸石。
实施例7
以凹凸棒石粘土为原料制备纯P型沸石:在700℃下煅烧凹土2h;将5g煅烧的凹凸棒石粘土置于20ml 5mol/L的NaOH溶液中,90℃搅拌1.5h,过滤,得到含Na2SiO3的浸出液;将2.82gAl2(SO4)3·18H2O加入到5g H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,搅拌0.5h,用1mol/LH2SO4溶液调节其pH=11,陈化10h,130℃下水热晶化24h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为纯P型沸石。
实施例8
以凹凸棒石粘土为原料制备纯P型沸石:在600℃下煅烧凹土3h;将5g煅烧的凹凸棒石粘土置于20ml 5mol/L的NaOH溶液中,80℃搅拌2h,过滤,得到含Na2SiO3的浸出液;将4.14gAl2(SO4)3·18H2O加入到5g的H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,搅拌0.5h,用1mol/LHCl溶液调节其pH=11,陈化12h,混合液150℃水热晶化8h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为纯P型沸石。
实施例9
以凹凸棒石粘土为原料制备纯P型沸石:凹凸棒石粘土的焙烧和碱处理同实例6,得到含Na2SiO3的浸出液;将0.62gNaAlO2加入到5g的H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,搅拌0.5h,用1mol/LHCl溶液调节其pH=11,陈化12h,混合液150℃水热晶化24h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为纯P型沸石。
实施例10
以凹凸棒石粘土为原料制备纯P型沸石:凹凸棒石粘土的焙烧和碱处理同实例6,得到含Na2SiO3的浸出液;将1.55gNaAlO2加入到5g的H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,搅拌0.5h,用1mol/LHCl溶液调节其pH=11,陈化12h,混合液110℃水热晶化36h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为纯P型沸石。
实施例11
以凹凸棒石粘土为原料制备方钠石:在800℃下煅烧凹土1h;将6.25g煅烧的凹凸棒石粘土置于25ml 8mol/L的NaOH溶液中,100℃下搅拌1h,过滤,得到含Na2SiO3的浸出液;将1.8gAl2(SO4)3·18H2O加入到5g的H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,陈化8h,混合液180℃水热晶化8h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为方钠石。
实施例12
以凹凸棒石粘土为原料制备方钠石:在700℃下煅烧凹土2h;将6.25g煅烧的凹凸棒石粘土置于25ml 8mol/L的NaOH溶液中,90℃下搅拌1.5h,过滤,得到含Na2SiO3的浸出液;将3.6gAl2(SO4)3·18H2O加入到5g的H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,陈化10h,混合液180℃水热晶化16h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为方钠石。
实施例13
以凹凸棒石粘土为原料制备方钠石:在600℃下煅烧凹土3h;将6.25g煅烧的凹凸棒石粘土置于25ml 8mol/L的NaOH溶液中,80℃下搅拌2h,过滤,得到含Na2SiO3的浸出液;将5.4gAl2(SO4)3·18H2O加入到5g的H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,陈化24h,混合液180℃水热晶化24h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为方钠石。
实施例14
以凹凸棒石粘土为原料制备方钠石:凹凸棒石粘土的焙烧和碱处理同实例11,得到含Na2SiO3的浸出液;将0.67gNaAlO2加入到5g的H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,陈化24h,混合液180℃水热晶化24h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为方钠石。
实施例15
以凹凸棒石粘土为原料制备方钠石:凹凸棒石粘土的焙烧和碱处理同实例11,得到含Na2SiO3的浸出液;将2.02gNaAlO2加入到5g的H2O中搅拌均匀,铝源溶液倒入上述浸出液,陈化10h,混合液180℃水热晶化24h,经过滤、洗涤、干燥得产品;产品的样品经XRD和SEM表征,为方钠石。

Claims (2)

1、凹凸棒石粘土合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石的方法,其特征在于该合成方法包括以下步骤:首先,高温煅烧凹凸棒石粘土;然后,碱液浸泡煅烧的凹凸棒石粘土得含Na2SiO3的浸出液;最后,碱性浸出液中添加铝源进行水热晶化合成,经过滤、水洗和干燥分别得到纯4A沸石、P型沸石、方钠石。
2、根据权利要求1所述的凹凸棒石粘土合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石的方法,其特征在于合成方法的具体步骤如下:
1)凹凸棒石粘土600~800℃焙烧1~3h;
2)将煅烧的凹凸棒石粘土按固液质量体积比1∶4加入碱液浸泡,过滤,得含Na2SiO3的浸出液;其中,碱液为浓度5mol/L或8mol/LNaOH溶液,处理温度为80~100℃,处理时间为1~2h;
3)在5mol/LNaOH溶液浸出得到的碱性浸出液中按体积比1∶1添加铝源溶液,室温搅拌陈化0.5h,80~90℃进行水热晶化5h,经过滤、水洗和干燥得纯4A沸石,其中,铝源溶液为Al2(SO4)3或NaAlO2溶液,Al3+离子摩尔浓度为1~1.88mol/L;或在5mol/LNaOH溶液浸出得到的碱性浸出液中按体积比1∶4添加铝源溶液,搅拌均匀,用1mol/L的H2SO4或HCl溶液调节pH值为11,室温搅拌陈化8~12h,110~150℃水热晶化8~48h,经过滤、水洗和干燥得P型沸石,其中,铝源溶液为Al2(SO4)3或NaAlO2溶液,Al3+离子摩尔浓度为1~2.5mol/L;在8mol/LNaOH溶液浸出得到的碱性浸出液中按体积比1∶4添加铝源溶液,室温搅拌陈化8~12h,180℃水热晶化8~24h,经过滤、水洗和干燥得方钠石,其中,铝源溶液为Al2(SO4)3或NaAlO2溶液,Al3+离子摩尔浓度为1~3mol/L。
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