高嶺土加工對K-NaL沸石合成的影響

時間：2014-05-07 10:16:33

作者：世邦機器

陳宜假以高嶺土微球、偏高嶺土微球和補加的白炭黑為硅源，以高土微球和偏土微球為鋁源，采用高嶺土加工技術(shù)以水熱晶化法在高嶺土微球上原位合成K-NaL沸石，考察了鉀鈉比、堿量、鋁量、硅量和水量等因素對K-NaL沸石合成的影響，采用XRD和SEM對合成的產(chǎn)品進行表征和形貌觀察。結(jié)果表明，理想凝膠配比為n(K2O+Na2O):n(A12O3):n(SiO2):n(H2O)=4.2:1.0:15:210。晶體經(jīng)XRD檢測分析后確認為K-NaL沸石分子篩。陳宜假還討論了高嶺土加工各因素對L沸石的影響。

(1)鉀鈉比的影響隨著鉀鈉摩爾比的增大，合成的K-NaL沸石的相對結(jié)晶度先增大后減小，當鉀鈉比為7:3時所合成K-NaL沸石的相對結(jié)晶度達到非常大。L沸石的基本單元結(jié)構(gòu)是鈣霞石籠，而K+是鈣霞石籠的主要構(gòu)成部分。合成鈣霞石籠是在適當?shù)墓杷岣x子參與下圍繞K+定向聚合的。Na+的加入在一定程度上能夠提高L沸石的相對結(jié)晶度，但是在堿度不變時Na+過量會引起K+濃度的降低，影響L沸石骨架結(jié)構(gòu)中鈣霞石籠的形成，使相對結(jié)晶度降低。

（2）堿量的影響當x1>=3.3〜4.8時，K-NaL沸石的相對結(jié)晶度隨著堿量升高而增大，當x1>4.2以后相對結(jié)晶度升高速度降低。堿量增加引起母液pH值增大，使合成K-NaL沸石的初期階段可以得到更多活性硅和活性鋁；再者可以引起品種數(shù)量的增多，加速凝膠的溶解和再結(jié)晶，因此隨著堿量的升高，K-NaL沸石的相對結(jié)晶度也逐漸升高。當堿量較低時，母液中沒有足夠的活性硅_活性鋁形成晶核和出現(xiàn)轉(zhuǎn)晶形成沸石晶核，從而抑制了K-NaL沸石的生成。

（3）鋁量的影響鋁源性質(zhì)對合成的L沸石具有很大的影響。隨著計量鋁的增加，可溶出的活性鋁的成分隨著增加，因此隨著鋁含量增加，合成K-NaL沸石的相對結(jié)晶度也隨之增加。同時由于鹽效應(yīng)，反應(yīng)體系中鋁鹽的大量增加反而會降低K-NaL沸石的相對結(jié)晶度。因而該實驗中選用x2=1.4，此時K-NaL沸石的相對結(jié)晶度為52.66%，達到峰值。

（4）硅量的影響硅源對L沸石的合成影響較大，只有當x3=9〜18時，才能生成K-NaL沸石。當堿量不變時，增加Si02的含量相當于降低了母液的堿度，引起反應(yīng)混合物中由于硅酸鹽凝膠的分散而形成的可溶性的活性離子降低甚至發(fā)生轉(zhuǎn)晶現(xiàn)象；當SiO2含量降低到一定程度時，硅酸鹽凝膠分散形成的活性離子由于額外的堿而發(fā)生縮聚，從而使晶核難以生成或者發(fā)生轉(zhuǎn)晶，使K-NaL沸石難以生成或者降低其相對結(jié)晶度。

（5）水量的影響合成沸石體系中的水主要作為溶解介質(zhì)來調(diào)節(jié)體系內(nèi)各基團的平衡關(guān)系和作為物質(zhì)擴散傳遞的媒介，參與沸石的形成和晶化過程。當水量太大（x4>310)時，由于體系中堿含量不變，水量增加引起體系的pH值下降，使可溶出的活性硅和活性鋁太少而導致K-NaL沸石前期晶核無法生成，因而無K-NaL沸石生成。

陳宜恨將該技術(shù)路線概括為“先成型再晶化”，該技術(shù)可以有效縮短催化劑制備流程，大幅度提高單釜產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。小晶粒分子篩原位生長于催化劑基質(zhì)上，可以解決小晶粒分子篩固液分離困難的問題。沸石分子篩直接生長在高嶺土微球表面和孔道內(nèi)部，可以直接應(yīng)用于流化床和固定床，具有較好的應(yīng)用前景。