CN108190909A - 以高岭土为原料微溶剂制备4a沸石的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沸石制备技术领域,公开了一种以高岭土为原料微溶剂制备4A沸石的方法,包括以下步骤:S1:将偏高岭土、氢氧化钠、水按照4:1~1.5:2.4~5的质量比混合,搅拌成膏状混合物;S2:将上述膏状混合物转移到密封反应釜中,在80~100℃下晶化5~10 h,停止加热并将合成产品水洗、干燥,得到4A沸石。与现有技术相比,本发明避免了大量溶剂水和烧碱的利用,降低了后续处理过程,经济环保。
Description
技术领域
本发明涉及沸石制备技术领域,特别涉及一种以高岭土为原料微溶剂制备4A沸石的方法。
背景技术
4A沸石是一种具有优良吸附性能的沸石分子筛,广泛应用于洗涤助剂、干燥剂、吸附剂等产品中。其制备方法主要是水热法,即将各种原料加入到大量碱性水溶液中经水热处理合成4A沸石。为降低成本,许多黏土矿物被用来合成4A沸石,目前商业4A沸石也大多为铝土矿或者铝厂废铝渣制备。高岭土是一种含硅铝的非金属黏土矿,其理论组成与4A沸石组成相似,是制备4A沸石的理想原料,将高岭土煅烧活化后只需加入NaOH溶液水热晶化即可获得,合成体系组成摩尔比多为3Na2O:Al2O3:1~2SiO2:80~100H2O,碱液浓度为1.5-2mol/L(无机化学学报,2000,16(5):769-774), 这种水热方法在产品分离后需要对废合成母液进行处理,对生态环境具有较大的影响。
为减少溶剂的使用以及对环境的污染,近期有报道将水合硅胶(SiO2·3H2O)加入铝酸钠(NaAlO2),碾磨10min,然后80℃晶化5h制备(Microporous and MesoporousMaterials, 2017, 237, 201-209)。这种方法需要利用铝酸钠,而水合硅胶则需要利用正硅酸四乙酯加酸水解制备,成本较高。
发明内容
发明目的:针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种以高岭土为原料微溶剂制备4A沸石的方法,避免了大量溶剂水和烧碱的利用,降低了后续处理过程,经济环保。
技术方案:本发明提供了一种以高岭土为原料微溶剂制备4A沸石的方法,包括以下步骤:S1:将偏高岭土、氢氧化钠、水按照4:1~1.5:2.4~5的质量比混合,搅拌成膏状混合物;S2:将上述膏状混合物转移到密封反应釜中,在80~100℃下晶化5~10 h,停止加热并将合成产品水洗、干燥,得到4A沸石。
优选地,所述偏高岭土的制备方法如下:将高岭土在800~900℃下煅烧2~3h转化为所述偏高岭土。
有益效果:
本发明的合成原理如下:
在微量碱液(NaOH溶液)与偏高岭土形成微接触界面上,碱液溶解偏高岭土中的硅铝组分形成凝胶,在晶化作用下凝胶转化为沸石晶核,沸石晶核再不断地吸收碱液溶解的硅铝组分生长为较大粒径的4A沸石晶体。
现有技术中水热法制备4A沸石的原理为:偏高岭土中的硅铝溶解在碱液中进入溶液,形成硅铝酸盐凝胶,生成沸石晶核,然后生长为4A沸石。
现有技术中无溶剂法制备4A沸石的原理为:
将水合硅胶(SiO2·3H2O)加入铝酸钠(NaAlO2),碾磨10min,然后80℃晶化5h制备4A沸石。
(1)本发明与常规水热法制备4A沸石相比,具有以下优势:
本申请是在微溶剂环境下制备4A沸石晶体,而水热法是在大液相体系中制备4A沸石晶体,晶化原理不同,因此,本发明能够避免大量溶剂水的使用,同时大大减少了NaOH(碱)的使用量,避免了后续溶剂处理,减少了环境污染,简化了合成步骤,进一步降低了4A沸石的生产成本。具体地说:
常规水热法制备4A沸石的合成体系组成为3Na2O:Al2O3:SiO2:80-100H2O, 高岭土中SiO2约占48%,Al2O3约占36%,在4A沸石合成组成比范围内,除了碱液(NaOH溶液)外,一般不需添加其它材料,NaOH溶液的浓度一般为1.5-2mol/L范围。由此可知,如果利用常规水热法制备4A沸石,2g煅烧高岭土一般需要23~29mL的H2O和1.38~2.32g 的NaOH。而使用本发明中以高岭土为原料微溶剂制备4A沸石的方法时,偏高岭土、氢氧化钠和水的质量比为4:1~1.5:2.4~5,可见,H2O的用量仅为水热法的8.69%,NaOH的用量仅为水热法的51%左右,极大地降低了生产成本。
(2)本发明与无溶剂法制备4A沸石相比,具有以下优势:
本发明使用天然高岭土为原料,避免了水合硅胶和铝酸钠的使用,实现了4A沸石的低成本制备。
附图说明
图1为实施方式1中合成的4A沸石的XRD图谱;
图2为实施方式1中合成的4A沸石的SEM照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
实施方式1:
高岭土在800℃下煅烧3h,得到偏高岭土,将2g偏高岭土加入到由0.7gNaOH和2gH2O配制成的碱液中,搅拌30min得膏状混合物,将膏状混合物转移到反应釜中,90℃晶化5h,即可得到4A沸石。
附图1和2分别为所得4A沸石产品的XRD图谱和SEM照片,可以看出产品具有较高的结晶度和4A沸石典型的立方体形貌。
实施方式2:
高岭土在850℃温度下煅烧2h,得到偏高岭土,将2g偏高岭土加入到由0.6gNaOH和1.5gH2O配制成的碱液中,搅拌30min得膏状混合物,将膏状混合物转移到反应釜中,80℃晶化10h,即可得到4A沸石。
实施方式3:
高岭土在900℃温度下煅烧2h,得到偏高岭土,将2g偏高岭土加入到0.75gNaOH和2.5gH2O配制成的碱液中,搅拌30min得膏状混合物,将膏状混合物转移到反应釜中,100℃晶化5h,即可得到4A沸石。
实施方式4:
高岭土在900℃温度下煅烧2h,得到偏高岭土,将2g偏高岭土加入到由0.5gNaOH和1.2gH2O配制成的碱液中,搅拌30min得膏状混合物,将膏状混合物转移到反应釜中,90℃晶化8h,即可得到4A沸石。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种以高岭土为原料微溶剂制备4A沸石的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将偏高岭土、氢氧化钠、水按照4:1~1.5:2.4~5的质量比混合,搅拌成膏状混合物;
S2:将上述膏状混合物转移到密封反应釜中,在80~100℃下晶化5~10 h,停止加热并将合成产品水洗、干燥,得到4A沸石。
2.根据权利要求1所述的以高岭土为原料微溶剂制备4A沸石的方法,其特征在于,所述偏高岭土的制备方法如下:
将高岭土在800~900℃下煅烧2~3h转化为所述偏高岭土。
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