斜發(fā)沸石(Na6[Al6Si30O72]· 24H2O)是自然界中分布最廣的沸石礦物之一,由于其特有的吸附和離子交換的特性,已被應用到海水及鹵水提鉀、氣體凈化、污水處理等多個領域。但是由于斜發(fā)沸石中無定型物質(zhì)及其它結晶產(chǎn)物的存在,使其難以發(fā)揮最大的吸附及離子交換性能。研究表明,高純度的合成斜發(fā)沸石及其可控制的Si/Al可以有效地提高沸石吸附和離 子交換能力。
(1)Na-斜發(fā)沸石的合成
將偏鋁酸鈉、NaOH?置于燒杯中加入適量去離子水,加熱攪拌15 min得到澄清溶液。然后將制得的澄清溶液緩慢倒入硅溶膠中,強力攪拌1h。加入質(zhì)量分數(shù)為10%和28%的晶種,?30?℃恒溫攪拌18h。將攪拌后的硅鋁酸溶膠倒入35 mL高壓反應釜中,在140?℃的條件下晶化144h得到?Na-斜發(fā)沸石。
(2)(K, Na)-斜發(fā)沸石的合成
將一定比例的NaOH、KOH、Al(OH)3和去離子水攪拌均勻后在高壓反應釜中反應3h制得澄清的偏鋁酸鹽溶液。然后將白炭黑及剩余的去離子水加入到偏鋁酸鹽溶液中, 強力攪拌1h。加入質(zhì)量分數(shù)為10%的晶種,30 ℃恒溫攪拌18 h。 將硅鋁酸溶膠倒入35 mL高壓反應釜中在140-180 ℃的條件下晶化24-144h得到(K,Na)-斜發(fā)沸石。
(1)晶種的影響。根據(jù)實驗可知,不加入晶種的條件下很難合成出斜發(fā)沸石晶體;加入斜發(fā)沸石晶種質(zhì)量分數(shù)為?10%時,合成產(chǎn)物主晶相為斜發(fā)沸石;加入?28%晶種時的產(chǎn)物組成與加入10%的晶種時基本一致。綜上所述,晶種的加入能縮短晶核生成的誘導期,高斜發(fā)沸石晶體的生長速度。
(2)原料硅鋁比的影響。隨著硅鋁比的逐漸降低,所得的產(chǎn)物開始出現(xiàn)雜相,影響了斜發(fā)沸石的結晶度。從下表可知,在硅鋁比低于10的情況下很難合成出單一相的斜發(fā)沸石。 在實驗中,合成出的斜發(fā)沸石晶體含有雜相很有可能是由于凝膠體系局部硅鋁比較低所致。
(3)溫度的影響。再次,由實驗數(shù)據(jù)可知,在 120、140 和 160 ℃等三種條件下雖然均可合成較高純度的斜發(fā)沸石,但所需要的晶化時間卻不同,其中 120 ℃的反應時間需要在100 h以上。可見溫度的升高使得晶化速率增大,晶化時間縮短。在 160 ℃的條件下,在晶化初期生成斜發(fā)沸石,繼續(xù)晶化,已生成的斜發(fā)沸石則進一步轉變?yōu)殁c長石,導致斜發(fā)沸石結晶度降低
兩條晶化曲線均有兩個拐點,表明在不同晶化時間段,有不同的結晶速率。成核誘導期較長,晶核形成后,斜發(fā)沸石晶化從誘導期向生長期轉變,晶化曲線呈現(xiàn)急劇上升趨勢。而當斜發(fā)沸石晶化從生長期向結束期轉變時,晶化曲線接近水平。
總之,晶種的加入有利于斜發(fā)沸石合成,其加入量以質(zhì)量分數(shù) 10%為宜;在 140、160 和180 ℃條件下均能合成斜發(fā)沸石,提高溫度可以縮短晶化時間;合成斜發(fā)沸石的配料硅鋁比應控制在10-12 之間; 晶化時間在100 h以上即可;堿度的降低會導致成核時間延長, 過高的堿度又導致晶種溶解。
沸石因其具有獨特的離子交換性、離子交換性、催化性、熱穩(wěn)定性和耐酸性等特性,廣泛應用于建材、土壤修復、水處理、日用輕工、石油化工、農(nóng)牧業(yè)、造紙和塑料等領域。隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平的提高,預計未來沸石