CN103408033A - 一种NaA沸石分子筛的制备方法 - Google Patents

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崔学民
贺艳
张锦
王艺频
陈金玉
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Abstract

本发明公开了一种NaA沸石分子筛的制备方法。该方法以化学合成粉体Al2O3-SiO2、模数为0.7-0.9的钠水玻璃为原料制备地质聚合物，无需水热晶化，地质聚合物经热处理直接转化成NaA沸石分子筛。本发明与现有技术相比具有以下优点：（1）本发明结合了制备地质聚合物材料可以采用多种成型方法的优点，可以根据应用要求设计沸石分子筛的形状，将进一步拓宽分子筛的应用范围。（2）本发明提供一种无需水热、工艺简单的分子筛制备方法。

Description

一种NaA沸石分子筛的制备方法
技术领域
本发明属地质聚合物材料和NaA沸石分子筛领域，具体是一种NaA沸石分子筛的制备方法。
背景技术
地质聚合物材料由法国材料学家Joseph Davidovits于1978年提出。它是硅氧四面体和铝氧四面体通过桥氧构成的无定形三维网状结构，碱金属或碱土金属阳离子起到平衡铝氧四面体负电荷的作用。Deventer等人推测地质聚合物材料是沸石分子筛的一种中间状态。通常，地质聚合物材料是无定形非晶结构，但本课题组通过高分辨透射电镜（HRTEM）分析，发现地质聚合物材料中有少量纳米尺度的有序结构；通过水热晶化，该地质聚合物材料在相应的条件下可以转化成分子筛；经过进一步研究，本课题组发现降低水玻璃模数，增加体系碱度，经过60℃以上热处理，无需水热，地质聚合物可以直接转化为NaA沸石分子筛。
NaA沸石分子筛具有易生产、钙离子交换能力强、表面吸附力强、抗污垢和抗再沉积作用好、无毒性、无污染、稳定性好等特点，可用于洗涤剂、催化剂和吸附分离等领域。目前，制备NaA沸石分子筛的传统方法主要是水热合成法，产物都是粉末颗粒，必须用粘结剂经过二次成型才能应用，造成NaA沸石分子筛成本高，制备工艺复杂，限制了NaA沸石分子筛的广泛应用。利用地质聚合物材料可以根据设计要求成型各种形状试样，经过热处理可直接制备出相应的NaA分子筛材料。
与NaA分子筛制备技术相关的专利情况如下：
专利号为200410052721.3的中国发明公开了一种小晶粒NaA的制备方法。该方法用正硅酸乙酯或硅溶胶水解得到的SiO2前驱体为硅源，偏铝酸钠为铝源，原料摩尔组成为aNa2O:xAl2O3:SiO2:dH2O,其中a为4-9，x为0.4-4，d为50-500，在晶化温度为40-100℃，晶化时间为2-72小时条件下水热制备相对结晶度比较高的NaA沸石。其不足之处是产物颗粒状，难以根据应用需求成型各种形状的NaA分子筛产品。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种NaA分子筛的制备方法。该方法具有原料来源广泛，合成成本低，可根据应用要求设计NaA分子筛形状等特点。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下:
1.一种NaA沸石分子筛的制备方法，是以化学合成Al2O3-SiO2粉体、模数为0.7-0.9的钠水玻璃为原料制备地质聚合物，地质聚合物无需水热晶化，经60-90℃热养护后直接转化为NaA沸石分子筛，操作步骤如下:
1）Al2O3-SiO2粉体的制备：
硝酸铝或氯化铝与无水乙醇的摩尔比为1∶4混合磁力搅拌12小时制备成铝溶胶待用；正硅酸乙酯与无水乙醇的摩尔比为1∶16混合磁力搅拌半小时制备出硅溶胶待用；把铝溶胶逐滴加入正在搅拌的硅溶胶中制备出硅铝比为1∶2的复合溶胶，继续搅拌2小时，放入70℃恒温水浴中直到出现透明、均一的凝胶，室温陈化36小时，105℃干燥12小时后，研磨，300-800℃煅烧2小时得到无定形的Al2O3-SiO2粉体待用；
2）NaA沸石分子筛制备：
按摩尔比SiO2∶Al2O3=2、Na2O∶Al2O3=1、H2O∶Na2O=7-11制备地质聚合物浆料；称取Al2O3-SiO2粉体、模数为0.7-0.9的钠水玻璃以及去离子水，混合搅拌30min后注入模具中，在温度为60-90℃条件下带模养护6-12小时，脱模后即可获得与模具形状一致的NaA沸石分子筛固体试样。
本发明与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明结合了制备地质聚合物材料可以采用多种成型方法的优点，如注模成型、注塑成型、高压成型等。这样可以根据应用要求设计沸石分子筛的形状，将进一步拓宽分子筛的应用范围。
2.本发明提供一种无需水热、工艺简单的分子筛制备方法。
3.本发方法，特别是不受制造形状的限制，经检索，没有类似的技术申报专利。
附图说明
图1为实例1产品的XRD图。
图2为实例2产品的SEM图。
图3为实例3产品的XRD图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
（1）Al2O3-SiO2粉体的制备：
氯化铝与无水乙醇按摩尔比为1∶4混合磁力搅拌12小时制备成铝溶胶待用，正硅酸乙酯与无水乙醇按摩尔比为1∶16混合磁力搅拌半小时制备出硅溶胶待用。把铝溶胶逐滴加入正在搅拌的硅溶胶制备出硅铝比为1∶2的复合溶胶，继续搅拌2小时，放入70℃恒温水浴中直到出现透明、均一的凝胶，室温陈化36小时，105℃干燥12小时后，研磨，800℃煅烧2小时得到无定形的Al2O3-SiO2粉体待用。
（2）NaA沸石分子筛制备：
按摩尔比SiO2∶Al2O3=2、Na2O∶Al2O3=1、H2O∶Na2O=7制备地质聚合物浆料；称取Al2O3-SiO2粉体、模数为0.9的钠水玻璃以及去离子水，混合搅拌30min后注入模具中，60℃养护8小时，脱模获得具有一定强度的NaA沸石分子筛块体材料，测试其抗压强度为20MPa，产物的XRD图谱如图1。
实施例2
（1）Al2O3-SiO2粉体的制备：
硝酸铝与无水乙醇按摩尔比为1∶4混合磁力搅拌12小时制备成铝溶胶待用，正硅酸乙酯与无水乙醇按摩尔比为1∶16混合磁力搅拌半小时制备出硅溶胶待用。把铝溶胶逐滴加入正在搅拌的硅溶胶制备出硅铝比为1∶2的复合溶胶，继续搅拌2小时，放入70℃恒温水浴中直到出现透明、均一的凝胶，室温陈化36小时，105℃干燥12小时后，研磨，300℃煅烧2小时得到无定形的Al2O3-SiO2粉体待用。
（2）NaA沸石分子筛制备：
按摩尔比SiO2∶Al2O3=2、Na2O∶Al2O3=1、H2O∶Na2O=9制备地质聚合物浆料；称取Al2O3-SiO2粉体、模数为0.8的钠水玻璃以及去离子水，混合搅拌30min后注入模具中，60℃养护12小时，脱模获得具有一定强度的NaA沸石分子筛块体材料，测试其抗压强度为27MPa，产物表面的SEM图谱如图2。
实施例3
（1）Al2O3-SiO2粉体的制备：
硝酸铝与无水乙醇按摩尔比为1∶4混合磁力搅拌12小时制备成铝溶胶待用，正硅酸乙酯与无水乙醇按摩尔比为1∶16混合磁力搅拌半小时制备出硅溶胶待用。把铝溶胶逐滴加入正在搅拌的硅溶胶制备出硅铝比为1∶2的复合溶胶，继续搅拌2小时，放入70℃恒温水浴中直到出现透明、均一的凝胶，室温陈化36小时，105℃干燥12小时后，研磨，600℃煅烧2小时得到无定形的Al2O3-SiO2粉体待用。
（2）NaA沸石分子筛制备：
按摩尔比SiO2∶Al2O3=2、Na2O∶Al2O3=1、H2O/Na2O=11制备地质聚合物浆料；称取Al2O3-SiO2粉体、模数为0.7的钠水玻璃以及去离子水，混合搅拌30min后注入模具中，90℃养护6小时，脱模获得具有一定强度的NaA沸石分子筛块体材料，测试其抗压强度为15MPa，产物的XRD图谱如图3。

Claims (1)

1.一种NaA沸石分子筛的制备方法，其特征在于，以化学合成Al2O3-SiO2粉体、模数为0.7-0.9的钠水玻璃为原料制备地质聚合物，地质聚合物无需水热晶化，经60-90℃热养护后直接转化为NaA沸石分子筛，操作步骤如下:
1）Al2O3-SiO2粉体的制备：
硝酸铝或氯化铝与无水乙醇的摩尔比为1∶4混合磁力搅拌12小时制备成铝溶胶待用；正硅酸乙酯与无水乙醇的摩尔比为1∶16混合磁力搅拌半小时制备出硅溶胶待用；把铝溶胶逐滴加入正在搅拌的硅溶胶中制备出硅铝比为1∶2的复合溶胶，继续搅拌2小时，放入70℃恒温水浴中直到出现透明、均一的凝胶，室温陈化36小时，105℃干燥12小时后，研磨，300-800℃煅烧2小时得到无定形的Al2O3-SiO2粉体待用；
2）NaA沸石分子筛制备：
按摩尔比SiO2∶Al2O3=2、Na2O∶Al2O3=1、H2O∶Na2O=7-11制备地质聚合物浆料；称取Al2O3-SiO2粉体、模数为0.7-0.9的钠水玻璃以及去离子水，混合搅拌30min后注入模具中，在温度为60-90℃条件下带模养护6-12小时，脱模后即可获得与模具形状一致的NaA沸石分子筛固体试样。
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