CN107055566A - 一种3a分子筛及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3A分子筛及其加工工艺，采用的是以高岭土为原料通过盐煅烧后直接与碱液反应制备3A分子筛，具体包括以下步骤：将KC1与高岭土混合锻烧,得到具有活性的前驱体混合物，随后将制得的混合物在碱液中反应，在4A分子筛形成的过程中使K+直接与Na+发生交换作用，直接一步法得到3A分子筛。本发明探寻了一种由廉价的原料直接合成分子筛的简易方法，同时避免了传统合成法中需要先制备4A分子筛再通过离子交换制备的复杂工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种3A分子筛及其加工工艺，属于分子筛合成领域。
背景技术
分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，这些微小的孔穴直径大小均匀，能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔道大的分子排斥在外,因而能把形状直径大小不同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。目前分子筛在化工，电子，石油化工，天然气等工业中广泛使用。
其中，3A分子筛主要用于吸附水，不吸附直径大于3A的任何分子，根据工业上的应用特点，我们生产的分子筛具有更快的吸附速度、更多的再生次数、更高的抗碎强度及抗污染能力，提高了分子筛的利用效率并延长了分子筛的使用寿命，是石油、化工行业中气液相深度干燥、精炼、聚合所必需的首选干燥剂。
沸石分子筛作为微孔材料，具有丰富的孔结构、规则的孔道分布，因此在催化材料、吸附分离材料、功能材料、复合材料等各领域具有广泛的应用。随着科学的发展，分子筛材料的原有性能已不能满足应用的实际要求。为了发展沸石分子筛材料的实际应用领域，不同的客体可与分子筛形成复合材料，在不同领域显示出许多独特的性能。分子筛合成方式的多样性使其在材料成型和复合材料制备中，可以设计和得到具有结构新颖性能优异的复合材料。以廉价低品位高岭土矿物为原料制备分子筛是近年来高岭土研究的一个重要方向，也是对我国储量丰富的低品位高岭土矿产资源的高效利用的方式。
传统的制备3A沸石分子筛的方法是将4A分子筛与一定浓度的氯化钙溶液和氯化钾溶液进行离子交换而得来。具体的制备方法是配制一定浓度的氯化钾溶液，将已经制备好的4A沸石分子筛放入氯化钾溶液中，将混合物移至高压反应釜中，再讲高压反应釜放置恒温烘箱中进行反应。因为3A沸石分子筛是经过4A沸石分子筛通过离子交换的方法制备的，4A沸石分子筛的制各过程要经过陈化和晶化反应，反应的产品经过离子交换的方法合成出3A沸石分子筛。
目前我国有关制备3A型分子筛的专利文献也有很多报道，如专利CN102351213A和CN106365176A中首先将高岭土煅烧，随后与氢氧化钠水溶液反应生成4A型分子筛，然后通过与氯化钾溶液进行离子交换得到3A型分子筛。同样的，专利CN103159226A中报道的合成工艺是通过4A分子筛原粉加入粘土与含钾电解质造粒成型，随后进行干燥焙烧实现固态离子交换，虽然相较与传统工艺省去了5歩工艺，但所述工艺流程同样是需要首先制备4A分子筛，随后通过离子交换得到3A分子筛。反应过程要经过两次的水热反应过程，耗时较长，工艺比较复杂，因此使成本较高。
专利CN102627294A中报道了一种快速合成纳米3A分子筛的方法，是将氢氧化铝、氢氧化钠、氢氧化钾和硅酸钾混合溶液在搅拌下升温晶化，然后加入氢氧化铝和无定型二氧化硅，继续晶化，最后将产物过滤干燥得到3A分子筛产品。这种方法需要调节原料中各种原子的比例，且生产所需的原料相对于价格低廉的矿物生产成本较高，不利于工业化生产。
发明内容
本发明目的在于提供了一种3A分子筛，包括高岭土、KCl和碱液；其中，高岭土中Si/Al摩尔比例数值为0.8-1.2，碱液是KOH与NaOH混合溶液，浓度均为4-5mol/L，质量比为2-3:10；制备得到的3A分子筛静态水吸附率以及交换率都有一定的提升。
本发明的另一个目的在于提供以高岭土直接制备3A分子筛的方法，可以有效的缩短反应的时间和工艺流程，得到廉价易合成的产品。本实验设计高岭土经过与氯化钾共混合锻烧的方法通过一次水热合成的方法制备出3A分子筛，大大的缩短了反应的时间和步骤。
为实现上述目的，本发明提供如下加工工艺：
将质量比为1:0.4的高岭土与KCl混合，在500-700℃煅烧3-5小时，得到前驱体混合物；将前驱体混合物与碱液混合均匀，在70-90℃反应5-8小时，反应完成后将所得产物过滤干燥，即得到3A分子筛；
优选地，所述的煅烧温度为700℃。
优选地，所述的前驱体混合物与碱液比例为（32-45g）：100mL。
优选地，所述的前驱体混合物与碱液反应温度为90℃。
本发明的有益效果是：
1.以高岭土为原料,在不添加硅源和铝源的条件下,通过一步水热合成法制备了3A沸石分子筛。避免了传统合成法中需要先制备4A沸石分子筛再通过离子交换制备的复杂工艺。
2.将高岭土和氯化钾混合煅烧后，使得高岭土转变成活性很高的偏高岭土，氯化钾中的K+也掺杂到了偏高岭土的晶格中，同时使用的碱液是KOH与NaOH的混合溶液，增加了前驱体混合物与碱液反应混合溶液中K+的浓度，提升了离子交换率。
3.我国高岭土的储量丰富，随着优质资源的减少，这种价格低廉的矿物开始受到人们的重视，这种以高岭土为原料进行水热法合成分子筛的方法简单，同时是对低品矿的高效利用。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例方式对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1：
取10份高岭土与4份KCl混合，在700℃煅烧5小时，得到前驱体混合物；取一干净烧杯加入3g KOH和10g NaOH，向烧杯中加入100ml去离子水,完全溶解后，称前驱体混合物4Og，加入烧杯中。混合均匀后，将混合物移至锥形瓶中，将锥形瓶置于水浴中加热反应，在90℃条件下反应6小时后，取出反应产物，抽滤烘干后既得3A分子筛产物。
实施例2：取10份高岭土与4份KCl混合，在700℃煅烧4小时，得到前驱体混合物；取一干净烧杯加入2.4g KOH和10g NaOH，向烧杯中加入100ml去离子水,完全溶解后，称前驱体混合物37g，加入烧杯中。混合均匀后，将混合物移至锥形瓶中，将锥形瓶置于水浴中加热反应，在85℃条件下反应8小时后，取出反应产物，抽滤烘干后既得3A分子筛产物。
实施例3：取10份高岭土与4份KCl混合，在600℃煅烧4小时，得到前驱体混合物；取一干净烧杯加入3g KOH和10g NaOH，向烧杯中加入100ml去离子水,完全溶解后，称前驱体混合物42g，加入烧杯中。混合均匀后，将混合物移至锥形瓶中，将锥形瓶置于水浴中加热反应，在85℃条件下反应6.5小时后，取出反应产物，抽滤烘干后既得3A分子筛产物。
对比例1：取10份高岭土与4份KCl混合，在700℃煅烧4小时，得到前驱体混合物；取一干净烧杯加10g NaOH，向烧杯中加入100ml去离子水,完全溶解后，称前驱体混合物4Og，加入烧杯中。混合均匀后，将混合物移至锥形瓶中，将锥形瓶置于水浴中加热反应，在90℃条件下反应6小时后，取出反应产物，抽滤烘干后既得3A分子筛产物。
采用上述工艺制得的3A分子筛具有如下性能：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | |
| 静态水吸附/% | 24.70 | 24.56 | 24.71 | 24.11 |
| 交换率/% | 58 | 60 | 55 | 53 |
对比例中反应的碱液是单一的氢氧化钠溶液，由表格中的数据比较可知，通过调控碱液的成分可以提高3A分子筛的静态水吸附率以及交换率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实例。
Claims (4)
1.一种3A分子筛，包括高岭土、KCl和碱液；其特征在于，高岭土中Si/Al摩尔比例数值为0.8-1.2，碱液是KOH与NaOH混合溶液，浓度均为4-5mol/L，质量比为2-3:10；
其中，3A分子筛的加工工艺如下：将质量比为1:0.4的高岭土与KCl混合，在500-700℃煅烧3-5小时，得到前驱体混合物；将前驱体混合物与碱液混合均匀，在70-90℃反应5-8小时，反应完成后将所得产物过滤干燥，即得到3A分子筛。
2.根据权利要求1所述的一种3A分子筛及其加工工艺，其特征在于，所述的煅烧温度为700℃。
3.根据权利要求1所述的一种3A分子筛及其加工工艺，其特征在于，所述的前驱体混合物与碱液比例为（32-45g）：100mL。
4.根据权利要求1所述的一种3A分子筛及其加工工艺，其特征在于，所述的前驱体混合物与碱液反应温度为90℃。
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Cited By (2)
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| CN108298554A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-07-20 | 贵州杰傲建材有限责任公司 | 一种中空玻璃用沸石分子筛的制备方法 |
| CN111135787A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-12 | 四川润和催化新材料股份有限公司 | 一种改进型3a分子筛原粉的制备方法 |
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