目前,國內(nèi)均以水熱合成法生產(chǎn)4A沸石,在合成過程中產(chǎn)物的分離和母液的大量排放造成了能源耗費(fèi)和環(huán)境污染。
水玻璃法工藝成熟,容易控制,產(chǎn)品質(zhì)量好,但成本高。活性白土法仍需添加鋁源,成本較高,且設(shè)備要防腐:高嶺土法是利用高嶺土中硅鋁比與4A沸石的硅鋁比一致的特點(diǎn),將高嶺土轉(zhuǎn)化為具有反應(yīng)活性的偏高嶺土,并在苛性鈉水溶液中進(jìn)行水熱結(jié)晶轉(zhuǎn)化反應(yīng)而制成沸石,該法生產(chǎn)過程簡單,成本較低。三種方法的成本比依次為1.57:1.54:1.00。
無論哪種方法,最重要的是Zeolite的水熱合成反應(yīng)過程,也稱晶化過程。該過程分三個時期:誘導(dǎo)期、成核期和晶體生長期。誘導(dǎo)期是指從按一定配比形成的凝膠相中剛剛開始出現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)的期間,最初出現(xiàn)的晶體即是晶核,這一晶核出現(xiàn)的過程就稱為成核。成核是沸石晶化過程的速度控制步驟,在晶化初期直接引入高分散度的晶核,可以縮短誘導(dǎo)期和成核期,快速進(jìn)入晶體生長期,大大縮短晶化時間。這種高分散度的晶核稱為晶化導(dǎo)向劑。晶化導(dǎo)向劑的采用可大大縮短晶化時間,提高設(shè)備產(chǎn)能,易生產(chǎn)粒度均勻、性能優(yōu)異的各類沸石。所以導(dǎo)向劑技術(shù)成為沸石合成的關(guān)鍵技術(shù)。
天然沸石的改性處理方法及條件不同,其性能亦不同,對天然沸石進(jìn)行酸及活化處理后,可以提高其吸附能力。
由于天然沸石中有較多的結(jié)晶水和體積相對較大的鈉離子,且孔隙率較小,孔道中摻雜一些非晶態(tài)物質(zhì),故吸附能力和離子交換能力都較弱,在經(jīng)酸處理,酸溶解了堵塞在孔道中的雜質(zhì),減小了堆積缺陷,并以較小體積的氫離子取代鈉離子,再經(jīng)過熱處理,除去結(jié)晶水,則沸石的結(jié)構(gòu)更加疏松,孔隙率増大,同時可能部分改變沸石的類型故可增強(qiáng)沸石的吸附性能。
沸石的結(jié)構(gòu)是由(Si04)和(AlOD四面體相互結(jié)合而成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中形成空間,而且這些空間中含有結(jié)晶水和陽離子。由于鋁原子為三價,所以鋁氧四面體中有一個氧的價電子沒有得到中和,這樣就使整個鋁氧四面體帶一個負(fù)電荷,為了保持電中性,在鋁氧四面體附近必須有一個帶正電荷的金屬陽離子。在合成沸石中,金屬陽離子為鈉離子,陽離子用來中和四面體的負(fù)電荷。
4A沸石是一種具有四面體骨架結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽晶體,可以看成是由硅氧四面體的四元、六元、八元環(huán)等連接而成的骨架結(jié)構(gòu),大小合適的氣體和水分可以從這些環(huán)構(gòu)成的孔穴進(jìn)入沸石晶體。沸石是一種含結(jié)晶水的鋁硅酸鹽,結(jié)構(gòu)疏松,多孔且有部分A1取代了硅氧四面體中的Si,形成了缺電子結(jié)構(gòu),具有一定的吸附能力和離子交換能力。
4A沸石可以去除污水中的NH3-N及Cu、Zn及Cd離子等。工農(nóng)業(yè)、民用及水產(chǎn)畜牧業(yè)出的污水中含有氨態(tài)氮,不僅危害魚類等的生存、污染養(yǎng)殖環(huán)境,而且促進(jìn)藻類生長,導(dǎo)致江河湖泊的阻塞。由于4A沸石的高選擇交換性,已成功應(yīng)用于該領(lǐng)域。來源于金屬礦山、冶煉廠、金屬表面處理和化學(xué)工業(yè)等部門排放的污水,其中所含重金屬離子對人體危害極大。用4A沸石處理這些污水除了能保證水質(zhì)合格外,還能回收重金屬離子。
4A沸石對生態(tài)方面無影響,即使在高濃度下對人體也無毒性,對眼睛,皮膚無刺激,不會導(dǎo)致過敏,是使用安全的化學(xué)助劑。
4A沸石的市場發(fā)展?jié)摿薮螅_發(fā)4A沸石,是造福后代的有益雜,有利于環(huán)境保護(hù)。
1.日用化工—-滌劑助劑:?4A沸石分子篩作為洗滌劑助劑的作用主要是交換水中的鈣離子產(chǎn)生軟化水,去除污垢和防止污垢再沉積。4A沸石分子篩是目前代磷助洗劑中應(yīng)用最多和應(yīng)用最成熟的產(chǎn)品。4A沸石分子篩替代三聚磷酸鈉作洗滌助劑對解決環(huán)境污染有著重大作用。4A沸石分子篩還可用作香皂的成型劑、牙膏的摩擦劑等。?2.環(huán)保—-污水處理:?4A沸石分子篩可以去除污水中的NH3-N及Pb2+、Cu2+、Zn2+、、Cd2+等。工農(nóng)業(yè)、民用及水產(chǎn)畜牧業(yè)排出的污水中含有氨態(tài)氮,不僅危害魚類等的生存、污染內(nèi)養(yǎng)殖環(huán)境,而且促進(jìn)藻類生長,導(dǎo)致江河湖泊的阻塞。由于4A沸石分子篩對NH4+的高選擇交換性,已成功應(yīng)用于該領(lǐng)域。來源于金屬礦山、冶煉廠、金屬表面處理和化學(xué)工業(yè)等部門排放的污水,其中所含重金屬離子對人體危害極大。用4A沸石分子篩處理這些污水除了能保證水質(zhì)合格外,還能回收重金屬。?3.其他用途:
(1)水處理—-硬水軟化劑,可以代替目前我國廣泛使用的磺化煤,從而降低成本;
(2)冶金工業(yè)—-分離劑,分離、提取鹵水中的鉀、銣、銫等。在工業(yè)上用于富集、分離和提取金屬等工藝過程;
(3)石化工業(yè)—-催化劑、干燥劑、吸附劑?;
(4)農(nóng)業(yè)—-土壤改良劑?;
(5)醫(yī)藥—-載銀沸石抗菌劑。