CN102070157A - 半固相合成a分子筛的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分子筛制备方法，旨在提供一种半固相合成A分子筛的方法。该方法具体为：将水玻璃与铝酸钠固体直接混合，使发生晶化反应。通过本发明，可以只使用初级工业原料而不添加额外的水源、碱源来合成质量较好的A分子筛。该合成方法操作简单，成本较低，并且节能减排，有巨大的工业应用前景。

Description

半固相合成A分子筛的方法

技术领域

本发明属于分子筛制备方法，特别涉及一种以初级原料直接半固相合成A分子筛的方法。

背景技术

分子筛由于其特有的孔道特征，亚纳米级的孔口尺寸，较高的比表面积，良好的离子交换性能，较好的热稳定性及水热稳定性，作为选择性吸附/分离剂和离子交换材料被广泛的应用于石油、化工、环保等诸多领域中。其中A沸石作为最典型的分子筛，是人们研究较早，关注较多，工业应用较广泛的一种材料。A分子筛在结构上是由硅氧四面体与铝氧四面体严格一比一交替构成的一种具有八元环孔道的立方晶体结构。由于常见的钠型的A分子筛的八元环孔道的自由直径为

故称其为4A分子筛。4A分子筛具有极其广泛的工业应用。首先，4A分子筛可以作为洗涤助剂，将水中的钙镁离子等交换，防止洗涤剂中的活性成分失活，也是防止洗涤用水污染江河湖海的重要绿色环保产品。另外，该分子筛可以吸附分子直径小于的分子，如水分子等，可以较好的对空气、有机溶剂、石油及其它工业原料进行深度干燥，广泛的应用于化学、化工及现代生活。随着分子筛膜工艺研究的不断深入，4A分子筛对气体的分离作用也得到了良好的发挥。并且4A分子筛还是制备3A，5A分子筛的原料。4A分子筛的多功能性使其应用不断地得到扩展。

现有的分子筛合成工艺多为硅源溶液与铝源溶液经过搅拌，成胶，水热反应，洗涤几个步骤完成。该生产工艺对水的需求量大，首先大量的水作为原料使得硅源铝源充分水解，在水热反应的生长过程中作为溶剂，并且在产品的洗涤过程中需要消耗大量的水来得到最终产品。工业废水的处理也是一个比较困扰的问题。如果能够最大程度的减少生产工艺中水的使用量，不仅能够节约成本，更是一种绿色环保的好方法。

对于工业生产，每节约一个环节就意味着巨大的生产效益，因此更简易的合成途径也是4A分子筛生产工艺探索中所追求的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种利用初级工业原料不再额外添加水，也不需要额外加入碱源，半固相直接快速合成A分子筛的方法。

为解决技术问题，本发明提供的半固相合成A分子筛的方法为：以水玻璃作为硅源、铝酸钠作为铝源，不额外加水或任何物料如碱源等，将二者直接混合。具体为：

提供一种半固相合成A分子筛的方法，是将水玻璃与铝酸钠固体直接混合，使发生晶化反应。

本发明中，所述各反应原料的添加量应使晶化反应时各成分的摩尔配比是：Na₂O∶Al₂O₃∶SiO₂∶H₂O为2.0∶1∶2∶23～29。

本发明中，控制晶化反应的温度为60～100℃。

本发明中，控制晶化反应的时间为3～8小时。

本发明中，晶化反应后，将得到的产品洗涤、抽滤，并在80℃干燥20小时以上。

本发明的有益效果在于：

通过本发明，可以只使用初级工业原料而不添加额外的水源、碱源来合成质量较好的A分子筛。该合成方法操作简单，成本较低，并且节能减排，有巨大的工业应用前景。

附图说明

图1：实施例1产品的低倍(a)，高倍(b)SEM图片。

图2：实施例1产品的XRD谱图。

图3：实施例2产品的XRD谱图。

图4：实施例2产品的低倍(a)，高倍(b)SEM图片。

图5：实施例3产品的低倍(a)，高倍(b)SEM图片。

图6：实施例3产品的XRD谱图。

图7：实施例4产品的XRD谱图。

图8：实施例4产品的低倍(a)，高倍(b)SEM图片。

图9：实施例5产品的低倍(a)，高倍(b)SEM图片。

图10：实施例5产品的XRD谱图。

图11：实施例6产品的XRD谱图。

图12：实施例6产品的低倍(a)，高倍(b)SEM图片。

具体实施方式

具体实施例中使用到的原料如下：

水玻璃：(1)长岭水玻璃：长岭炼油厂生产，其中氧化硅含量为：253.8g/L；

(2)青岛水玻璃：青岛奥盛化学公司，其中氧化硅含量为：315.5g/L；

铝酸钠：国药集团化学试剂有限公司生产。

实施例1：

将2.36克铝酸钠固体与4.8毫升长岭水玻璃溶液混合，机械搅拌约十五分钟，混合后得到固态凝胶，该凝胶体系的化学配比如下：Na₂O∶Al₂O₃∶SiO₂∶H₂O为2.0∶1∶2∶23，将凝胶装入反应容器中，在80℃进行反应4小时，将得到的产品洗涤，抽滤，并在80度干燥20小时以上得到最终的产品。

附图1为产品的扫描电镜照片，电镜照片表明得到的产品为粒径大约800nm左右的立方晶体。

附图2为产品的XRD表征结果，可以看到产品为典型的LTA结构，并且具有很高的结晶度。

实施例2：

将2.36克铝酸钠固体与4.8毫升长岭水玻璃溶液混合，机械搅拌约十五分钟，混合后得到固态凝胶，该凝胶体系的化学配比如下：Na₂O∶Al₂O₃∶SiO₂∶H₂O为2.0∶1∶2∶26，将凝胶装入反应容器中，在60℃进行反应6小时，将得到的产品洗涤，抽滤，并在80度干燥20小时以上得到最终的产品。

附图3为产品的XRD表征结果，由XRD特征峰可知该产品为LTA纯相。

附图4为产品的扫描电镜照片，从电镜表征结果可知产品为结晶度很高的纯相。样品形貌为600-800nm左右的立方晶体。

实施例3：

将2.36克铝酸钠固体与4.8毫升长岭水玻璃溶液混合，机械搅拌约十五分钟，混合后得到固态凝胶，该凝胶体系的化学配比如下：Na₂O∶Al₂O₃∶SiO₂∶H₂O为2.0∶1∶2∶29，将凝胶装入反应容器中，在100℃进行反应3小时，将得到的产品洗涤，抽滤，并在80度干燥20小时以上得到最终的产品。

附图5为产品的扫描电镜照片，从电镜表征结果可知产品为结晶度很高的纯相。样品形貌为400nm左右的立方晶体。

附图6为产品的XRD表征结果，由XRD特征峰可知该产品为LTA纯相。

实施例4：

将2.36克铝酸钠固体与3.8毫升青岛水玻璃溶液混合，机械搅拌约十五分钟，混合后得到固态凝胶，该凝胶体系的化学配比如下：Na₂O∶Al₂O₃∶SiO₂∶H₂O为2.0∶1∶2∶23，将凝胶装入反应容器中，在60℃进行反应8小时，将得到的产品洗涤，抽滤，并在80度干燥20小时以上得到最终的产品。

附图7为产品的XRD表征结果，由XRD特征峰可知该产品为LTA纯相。

附图8为产品的扫描电镜照片，从电镜表征结果可知产品为结晶度很高的纯相。样品形貌为300nm左右的立方晶体。

实施例5：

将2.36克铝酸钠固体与3.8毫升青岛水玻璃溶液混合，机械搅拌约十五分钟，混合后得到固态凝胶，该凝胶体系的化学配比如下：Na₂O∶Al₂O₃∶SiO₂∶H₂O为2.0∶1∶2∶23，将凝胶装入反应容器中，在80℃进行反应4小时，将得到的产品洗涤，抽滤，并在80度干燥20小时以上得到最终的产品。

附图9为产品的扫描电镜照片，从电镜表征结果可知产品为结晶度很高的纯相。样品形貌为300-400nm左右的立方晶体。

附图10为产品的XRD表征结果，由XRD特征峰可知该产品为LTA纯相。

实施例6：

将2.36克铝酸钠固体与3.8毫升青岛水玻璃溶液混合，机械搅拌约十五分钟，混合后得到固态凝胶，该凝胶体系的化学配比如下：Na₂O∶Al₂O₃∶SiO₂∶H₂O为2.0∶1∶2∶23，将凝胶装入反应容器中，在100℃进行反应4小时，将得到的产品洗涤，抽滤，并在80度干燥20小时以上得到最终的产品。

附图11为产品的XRD表征结果，由XRD特征峰可知该产品为LTA纯相。

附图12为产品的扫描电镜照片，从电镜表征结果可知产品为结晶度很高的纯相。样品形貌为300nm左右的立方晶体。

由上可知，本发明提出的新的模板剂可以广泛的应用于A分子筛的合成。该方法得到的产品不仅保持了良好的结晶度和纯度，产品还具有较小的粒径，这样的产品将会具有更好的离子交换效果。与一些传统的合成方法相比较，该产品生产工艺简单，成本低廉，节能减排，对实际化工生产领域具有重要意义。

以上所述，仅是本发明的几种实施案例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例。但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围内。

Claims (5)

1.半固相合成A分子筛的方法，其特征在于，是将水玻璃与铝酸钠固体直接混合，使发生晶化反应。

2.根据权利要求1所述的半固相合成A分子筛的方法，其特征在于，所述各反应原料的添加量应使晶化反应时各成分的摩尔配比是：Na₂O∶Al₂O₃∶SiO₂∶H₂O为2.0∶1∶2∶23～29。

3.根据权利要求1所述的半固相合成A分子筛的方法，其特征在于，控制晶化反应的温度为60～100℃。

4.根据权利要求1所述的半固相合成A分子筛的方法，其特征在于，控制晶化反应的时间为3～8小时。

5.根据权利要求1所述的半固相合成A分子筛的方法，其特征在于，晶化反应后，将得到的产品洗涤、抽滤，并在80℃干燥20小时以上。

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