CN102502693A - 一种大晶粒、高分散的4a沸石的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，包括备料、成胶、晶化、洗涤、干燥步骤。本发明在原料配比上，为合成大晶粒高分散的4A沸石，保持一定的硅铝比，适当增大水钠比，控制相对低的钠硅比；为了保证晶粒不仅大而且均匀，在配料适当加入含N原子有机碱或阴离子表面活性剂；为了合成晶粒大分散性好的4A分子筛，采用两段晶化，第一段动态晶化，温度控制在70~85℃，就是为控制晶粒种数量和晶种间有较好的分散度；第二段晶化为静态，则只为晶体长大创造条件；在洗涤后期加入一定量的助洗剂，不仅可以降低分子筛原粉的pH值，同时弱酸性可中和粘结的离子使之进入溶液，以满足分散性要求。
Description
技术领域
本发明涉及化工行业中4A沸石的合成方法，具体是指一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法。
背景技术
4A沸石除自然界存在以外，他是历史最久，使用量最大，工艺最成熟的人工合成分子筛。现在一般4A分子筛晶粒均在1μm至5μm之间，他除了交换成3A、5A之外，还广泛应用于干燥，涂料漆加和塑料改性。当它以活化粉形式进行应用时，长受制晶粒太小，分散度不好的影响，晶粒太小热稳定性不好，不适在应用加工过程中的高温操作，且影响其吸附性能，而合成过程晶粒小还会形成大量晶粒互相粘结，分散度不好，影响使用过程中分散性。最为直接的表现是：虽然晶粒不大，但在粒度分布测试中dv50的值远远大于其晶粒粒径，让使用厂家难以接受。如果对于有粘结现象的活化粉进行机械破碎，则会破坏晶粒，使粉末呈不规则形状，同时也影响其使用效果。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，制造出一种晶粒大于5μm、分散度高的4A沸石。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，包括以下步骤：
（A）备料；原材料为铝酸钠溶液、硅酸钠溶液、离子膜液碱和水，其配比按摩尔比：氧化硅与氧化铝比为1.12~2.0，氧化钠与氧化硅比为0.97~2.0，水与氧化钠比为32~80；采用氢氧化钠、水玻璃(Na2O)(SiO2)即Na2SiO3、氢氧化铝或者氧化铝等为原料，按一定配比合成4A沸石，方程式如下：
Al(OH)3+NaOH =NaAl(OH)4
12NaAl(OH)4+4(Na2O)(SiO2)3+7H2O=Na12[(AlO2)(SiO2)]12·27H2O +8Na
还有一种方式为：
Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+H2O；
SiO2+NaOH=NaSiO3+H2O；
NaAlO2 + NaSiO3 +H2O= Na2·AlO2·SiO2·H2O +NaOH
反应混合物的组成通常以摩尔比的形式表示为：
xNa2O·Al2O3·ySiO2·zH2O；
（B）成胶；将步骤（A）所准备的原料按铝酸钠、离子膜碱、水、硅酸钠的顺序放入反应釜，并搅拌充分使其混合，混合物的温度控制在38~42℃，保持该温度15~60分钟制得胶液；
（C）晶化；将步骤（B）制得的胶液在搅拌状态下升温至60~90℃进行动态晶化，然后升温至85~100℃进行静态晶化得到固体；
（D）洗涤；将步骤（C）所得固液混合物用水或溶液洗涤，使其PH值小于11.5，过滤得到滤饼；
（E）干燥，将步骤（D）所得滤饼通过加热去除水分。
步骤（B）的目的是生成无定形凝胶，包括溶胶的制备，溶胶的形成，溶胶的凝结三阶段：溶胶的制备是分散相在分散介质中形成高度分散的不均匀多相体系，这种体系的分散相粒子是由许多分子或原子聚集而成；溶胶的形成分为胶核的生成和胶核长大两步，胶核析出速度和胶核长大速度影响因素为溶质在分散介质中的过饱和浓度C0和溶质的饱和浓度C。若C0-C越大，就越易形成大量的核，而核又不易长大，就越易形成胶核，通常配制的溶液浓度大大高于其溶解度，即C0-C很大，溶液的过饱和度很大，所以胶核生成速度很快，而胶粒生成是由溶质的扩散速度控制，只要浓度相同，其扩散速度都差不多，因此，它们的初始粒子（一次粒子）的大小较一致，且正好在胶体粒子的范围内，同时一次粒子聚集成的较大粒子为二次粒子（次级粒子），这种粒子对沸石比表面孔结构有很大影响；溶胶的凝结就是胶粒的合并和长大，当胶粒足够大时，在重力作用下，从溶液中沉淀出来。引起溶胶凝结聚沉的原因包括：电解质、溶胶的浓度、温度，溶胶在聚沉过程中，胶体粒子互相粘结成连续的网状结构，这种网状结构包住了全部液体，使胶体逐渐变得粘滞，失去流动性，最后形成白色均匀的透明硅铝酸盐凝胶。
步骤（C）晶化的目的是让在成胶阶段形成的无定型凝胶进一步生成4A沸石的晶体，影响晶化效果的因素包括晶化温度、时间、溶液PH值等，在成胶阶段，从溶胶变为凝胶的胶凝作用是一种不完全的絮凝，因此得到的产物中分子聚集的比较松，并包含了所有的液体介质，所以凝胶不是平衡体系。随着时间推移，凝胶会发生晶化并经历一些列的变化，其中包括结晶粒长大、晶型完善、晶型转变和凝胶脱水收缩。其作用在于使粒子间联接更为牢固，从而加强凝胶骨架强度，有利于生成多孔结构的4A沸石晶体。
步骤（D）洗涤的目的是为了除去杂质离子，同时也是晶化过程的继续，选择洗涤液和洗涤温度时不仅要考虑能很快除去杂质离子，同时还要兼顾对凝胶性质的影响，常用的洗涤方法由倾析法和过滤法。开始阶段，多用倾析洗涤；母液放尽—加适当洗涤液—搅拌—静置澄清—上层澄清液尽量倾出，再加入洗涤液洗涤之。重复洗涤数次, 将沉淀物移入过滤器过滤,必要时可以在过滤器中继续洗涤，沉淀洗净与否，应进行检查，一般是定性检查最后洗出液中是否还显示某种离子效应。
步骤（E）干燥的作用是脱去包含在凝胶骨架中的水后，使之形成具有多孔结构的干凝胶，原先被占据的地方就形成干凝胶的孔穴或空腔，胶体粒子组成的网状骨架就成了干凝胶的壁，同时凝胶的体积也会在干燥过程中收缩，收缩是由于毛细力的作用引起，收缩越大，平均孔径越小，孔隙率也就越小。同时干燥过程除了受毛细力作用外，随着骨架的收缩和脱水，其强度不断提高，从而逐渐增强抵抗毛细力的能力，这两种力达到平衡时，凝胶的收缩就开始停止，干凝胶的孔结构也就最后固定下来。
通过以上步骤后，就可以制得晶粒大于5μm、分散度高的4A沸石。
所述步骤（A）备料，还包括助晶剂，助晶剂与氧化铝比为0.1~2.0。作为本发明的进一步改进，为了保证晶粒不仅大而且均匀，在备料的时候可以加入助晶剂。
进一步讲，所述步骤（A）备料中，硅铝比为1.8~1.95，钠硅比为1.0~1.6，水钠比为50~65，助晶剂和铝比为1.2~1.6。此种原料的配比为优选方案。
所述的助晶剂是阴离子表面活性剂。进一步讲，助晶剂的类型优选阴离子表面活性剂。
所述步骤（D）洗涤，将步骤（C）制得的产品放入洗涤液中，浸泡10～30分钟后取出，并重复浸泡清洗2～5次。作为本发明的进一步改进，为了提高洗涤效率、节省洗涤液并减少沉淀的溶解损失，宜用少量多次的办法洗涤，并尽量将前次的洗涤液沥干。
所述的洗涤液由水与助洗剂构成，助洗剂的加入量为原料重量的1%~10%，助洗剂浓度为0.01～0.1M,助洗剂为强酸弱碱盐 、无机稀酸、有机酸中的任意一种。
所述助洗剂的加入量为原料重量的1.5%~3%。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1本发明一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，在原料配比上，为合成大晶粒高分散的4A沸石，保持一定的硅铝比，适当增大水钠比，控制相对低的钠硅比；
2本发明一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，为了保证晶粒不仅大而且均匀，在配料适当加入含N原子有机碱或阴离子表面活性剂；
3本发明一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，为了合成晶粒大分散性好的4A分子筛，采用两段晶化，第一段动态晶化，温度控制在70~85℃，就是为控制晶粒种数量和晶种间有较好的分散度；第二段晶化为静态，则只为晶体长大创造条件；
4本发明一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，晶粒之间的粘结与钠离子有相应的关联，尤其是PH值较大时表现更为突出，在洗涤后期加入一定量的助洗剂，不仅可以降低分子筛原粉的PH值，同时弱酸性可中和粘结的离子使之进入溶液，以满足分散性要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，包括以下步骤：
（A）备料；原材料为铝酸钠溶液、硅酸钠溶液、离子膜液碱和水，其配比按摩尔比：氧化硅与氧化铝比为1.92，氧化钠与氧化硅比为1.3，水与氧化钠比为54；
（B）成胶；将步骤（A）所准备的原料按铝酸钠、离子膜碱、水、硅酸钠的顺序放入反应釜，并搅拌充分使其混合，混合物的温度控制在38~42℃，保持该温度40分钟制得胶液；
（C）晶化；将步骤（B）制得的胶液在搅拌状态下升温至72℃进行动态晶化2小时，然后升温至93℃进行静态晶化5.5小时得到固体；
（D）洗涤；将步骤（C）所得固液混合物用水洗涤，使其PH值小于11.5，过滤得到滤饼；
（E）干燥，将步骤（D）所得滤饼通过加热去除水分。
按照上述方法步骤得到产品，其产品晶粒dv10：3.2μm，dv50：6.5μm， dv90：29μm，10mmH2O，吸附27.04% 。
实施例二
一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，包括以下步骤：
（A）备料；原材料为铝酸钠溶液、硅酸钠溶液、离子膜液碱和水，其配比按摩尔比：氧化硅与氧化铝比为1.92，氧化钠与氧化硅比为1.3，水与氧化钠比为60，助晶剂与氧化铝之比为0.5；
（B）成胶；将步骤（A）所准备的原料按铝酸钠、离子膜碱、水、硅酸钠、助晶剂的顺序放入反应釜，并搅拌充分使其混合，混合物的温度控制在38~42℃，保持该温度40分钟制得胶液；
（C）晶化；将步骤（B）制得的胶液在搅拌状态下升温至72℃进行动态晶化2小时，然后升温至93℃进行静态晶化4.5小时得到固体；
（D）洗涤；将步骤（C）所得固液混合物用水洗涤，使其PH值小于11.5，过滤得到滤饼；
（E）干燥，将步骤（D）所得滤饼通过加热去除水分。
按照上述方法步骤得到产品，其产品晶粒dv10：4.5μm，dv50：6.8μm， dv90：22μm，10mmH2O，吸附27.14% 。
实施例三
一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，包括以下步骤：
（A）备料；原材料为铝酸钠溶液、硅酸钠溶液、离子膜液碱和水，其配比按摩尔比：氧化硅与氧化铝比为1.92，氧化钠与氧化硅比为1.2，水与氧化钠比为60，助晶剂与氧化铝之比为0.3；
（B）成胶；将步骤（A）所准备的原料按铝酸钠、离子膜碱、水、硅酸钠、助晶剂的顺序放入反应釜，并搅拌充分使其混合，混合物的温度控制在38~42℃，保持该温度40分钟制得胶液；
（C）晶化；将步骤（B）制得的胶液在搅拌状态下升温至60℃进行动态晶化2小时，然后升温至93℃进行静态晶化4.5小时得到固体；
（D）洗涤；将步骤（C）所得固液混合物用洗涤液反复洗涤，其中助洗剂的加入量为原料总重量的1.8%，使其PH值小于11.5，过滤得到滤饼；
（E）干燥，将步骤（D）所得滤饼通过加热去除水分。
按照上述方法步骤得到产品，其产品晶粒dv10：4.9μm，dv50：7.8μm， dv90：13μm，10mmH2O，吸附26.97% 。
实施例四
一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，包括以下步骤：
（A）备料；原材料为铝酸钠溶液、硅酸钠溶液、离子膜液碱和水，其配比按摩尔比：氧化硅与氧化铝比为1.92，氧化钠与氧化硅比为1.5，水与氧化钠比为56；
（B）成胶；将步骤（A）所准备的原料按铝酸钠、离子膜碱、水、硅酸钠的顺序放入反应釜，并搅拌充分使其混合，混合物的温度控制在38~42℃，保持该温度40分钟制得胶液；
（C）晶化；将步骤（B）制得的胶液在搅拌状态下升温至72℃进行动态晶化2小时，然后升温至92℃进行静态晶化5.5小时得到固体；
（D）洗涤；将步骤（C）所得固液混合物用洗涤液反复洗涤，其中助洗剂的加入量为原料总重量的1.6%，使其PH值小于11.5，过滤得到滤饼；
（E）干燥，将步骤（D）所得滤饼通过加热去除水分。
按照上述方法步骤得到产品，其产品晶粒dv10：3.8μm，dv50：6.6μm， dv90：16μm，10mmH2O，吸附26.88% 。
实施例五
一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，包括以下步骤：
（A）备料；原材料为铝酸钠溶液、硅酸钠溶液、离子膜液碱和水，其配比按摩尔比：氧化硅与氧化铝比为1.92，氧化钠与氧化硅比为1.2，水与氧化钠比为54，助晶剂与氧化铝之比为0.8；
（B）成胶；将步骤（A）所准备的原料按铝酸钠、离子膜碱、水、硅酸钠、助晶剂的顺序放入反应釜，并搅拌充分使其混合，混合物的温度控制在38~42℃，保持该温度40分钟制得胶液；
（C）晶化；将步骤（B）制得的胶液在搅拌状态下升温至85℃进行动态晶化1小时，然后升温至94℃进行静态晶化5小时得到固体；
（D）洗涤；将步骤（C）所得固液混合物用洗涤液反复洗涤，其中助洗剂的加入量为原料总重量的2%，使其PH值小于11.5，过滤得到滤饼；
（E）干燥，将步骤（D）所得滤饼通过加热去除水分。
按照上述方法步骤得到产品，其产品晶粒dv10：4.5μm，dv50： 9.1μm， dv90：12μm，10mmH2O，吸附26.72% 。
一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，包括以下步骤：
（A）备料；原材料为铝酸钠溶液、硅酸钠溶液、离子膜液碱和水，其配比按摩尔比：氧化硅与氧化铝比为1.92，氧化钠与氧化硅比为0.97，水与氧化钠比为32；
（B）成胶；将步骤（A）所准备的原料按铝酸钠、离子膜碱、水、硅酸钠的顺序放入反应釜，并搅拌充分使其混合，混合物的温度控制在38~42℃，保持该温度40分钟制得胶液；
（C）晶化；将步骤（B）制得的胶液在搅拌状态下升温至72℃进行动态晶化2小时，然后升温至93℃进行静态晶化2小时得到固体；
（D）洗涤；将步骤（C）所得固液混合物用水洗涤，使其PH值小于11.5，过滤得到滤饼；
（E）干燥，将步骤（D）所得滤饼通过加热去除水分。
按照上述方法步骤得到产品，其产品晶粒dv10：2.1μm，dv50：23μm， dv90：131μm，10mmH2O，吸附27.08% 。
以上实施例仅为本发明的具体实施例，本发明的方法不限于具体的实施例，任何简单的改变工艺参数均属于本发明的保护范围。如上所述，便可以很好地实现本发明。
Claims (7)
1.一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
（A）备料：原材料为铝酸钠溶液、硅酸钠溶液、离子膜液碱和水，其配比按摩尔比为；氧化铝：氧化硅：氧化钠：水=1：1.9～1.95：1.8～3.2：70～210；
（B）成胶；将步骤（A）所准备的原料按铝酸钠、离子膜碱、水、硅酸钠的顺序放入反应釜，并搅拌充分使其混合，混合物的温度控制在38~42℃，保持该温度15~60分钟制得胶液；
（C）晶化；将步骤（B）制得的胶液在搅拌状态下升温至60~90℃进行动态晶化，然后升温至85~100℃进行静态晶化得到固体；
（D）洗涤；将步骤（C）所得固液混合物用水或溶液洗涤，使其PH值小于11.5，过滤得到滤饼；
（E）干燥，将步骤（D）所得滤饼通过加热去除水分。
2.根据权利要求1所述的一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，其特征在于，所述步骤（A）备料，还包括助晶剂，助晶剂与氧化铝比为0.1~1.0。
3.根据权利要求2所述的一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，其特征在于，所述步骤（A）备料中，硅铝比为1.9~1.95，钠硅比为1.0~1.4，水钠比为50~65，助晶剂与氧化铝比为0.5~0.7。
4.根据权利要求2所述的一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，其特征在于，所述的助晶剂是阴离子表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，其特征在于，所述步骤（D）洗涤，将步骤（C）制得的产品放入洗涤液中，浸泡10～30分钟后取出，并重复浸泡清洗2～5次。
6.根据权利要求1所述的一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，其特征在于，所述的洗涤液由水与助洗剂构成，助洗剂的加入量为原料重量的1%~10%，助洗剂浓度为0.01～0.1M,助洗剂为强酸弱碱盐 、无机稀酸、有机酸中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的一种大晶粒、高分散的4A沸石的合成方法，其特征在于，所述助洗剂的加入量为原料重量的1.5%~3%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120620 |