堿處理法

人工合成沸石的堿處理法又稱水熱轉化法,其實質是在過量的堿的存在下,將一些固體硅鋁酸鹽水熱轉化成沸石。
這種方法使用的原料分為兩類:

一類是天然礦物,如高嶺土、膨潤土、硅藻土、水鋁莫石,火山玻璃巖等;

另一類是各種工業含硅、鋁原料,如硅凝膠、鋁凝膠、硅鋁凝膠、爐灰渣等。通常高硅原料用于合成高硅沸石,低硅原料用于合成低硅沸石,因而是一種理想的合成沸石的原料。

合成方法可以用火山玻璃加堿直接合成或用火山玻璃加燒堿和氫氧化鋁合成。

前一種方法是將火山玻璃破碎到80~100目,把一定量的燒堿溶于適量的水中,將上述兩種原料拌勻,烘干,這樣就制成了生料。然后將此生料放入馬弗爐中焙燒成熟料。再將熟料加入適量的水,生成硅鋁膠,最后使硅鋁膠在一定的溫度下晶化,這樣就制成了八面沸石,

后一種方法,其配料和焙燒工藝均與前法相同,只是將補加的氫氧化鈉配置成偏鋁酸鈉溶液,在晶化反應開始時加入進去。實驗表明,由于補加了鋁,使混合物中的二氧化硅和三氧化鋁的比值更適合八面沸石的形成,而且結晶時間可大大縮短,堿的用量可減少一半,產量可提高一倍。

高嶺土的成分也很接近A型沸石,且分布廣,儲量豐富,因此也是合成沸石的理想原料。

例如,合成A型沸石的方法是:先將高嶺土烘干,粉碎,以增大其比表面積,然后在700℃高溫下焙燒,使之轉變為高化學活性的無定形物質——偏高嶺土。

然后,與氫氧化鈉溶液拌勻,團塊成型,再在50~60℃下加熱,并通過水蒸氣使團塊為水飽和,以防團塊碎裂。將團塊浸入1~10mol幾氫氧化鈉反應液中,或放入合適的反應塔中,用反應液霧噴灑,將溫度控制在70~110℃之間,幾小時后即可結晶成A型沸石,該方法的關鍵是團塊成型時氫氧化鈉溶液的用量。

當堿濃度很高時,由于在團塊中生成水玻璃,降低了滲透性能,結果將部分形成羥基方鈉石,影響A型沸石的純度。

當堿度低時,團塊容易碎裂。

實踐證明,團塊中Na2O/SiO2摩爾比以0.3為宜。另外,也可用高嶺土合成Ⅹ型和Y型沸石。根據高嶺土的硅鋁比較Ⅹ型和Y型沸石低,因而可以將高嶺土灼燒至930~1100℃,使其中相當數量的Al2O3轉變為難溶于堿溶液的a-Al2O3,以提高其有效硅鋁比。將灼燒過的高嶺土細粉與10%~20%氫氧化鈉溶液混合成淤漿,在20~50℃下老化1~3d,然后在80110℃中水熱結晶。若堿量高,則生成Ⅹ型沸石;堿量低,則生成Y型沸石高嶺土除可用于合成A型、X型、Y型沸石外,應用不同的條件,還可制備其他的類型的沸石。

如將偏高嶺土用氫氧化鈉和四甲胺氫氧化物溶液水熱處理則生成N型沸石,而用KOH和Ba(OHI)2溶液處理,則可生成KBa-L型沸石等。應用工業硅鋁原料合成沸石,其一般過程是先將硅溶膠或鋁溶膠和六甲基四胺混合注入成型油中,使之成為微球型凝膠顆粒,再將這凝膠微球進行適當的水熱處理,便可生成相應的沸石。

堿處理法的優缺點

堿處理法合成的沸石的純度雖不如水熱合成法高,但具有生產成本低、產品強度高等優點