斜发沸石(Na6[Al6Si30O72]· 24H2O)是自然界中分布最广的沸石矿物之一,由于其特有的吸附和离子交换的特性,已被应用到海水及卤水提钾、气体净化、污水处理等多个领域。但是由于斜发沸石中无定型物质及其它结晶产物的存在,使其难以发挥最大的吸附及离子交换性能。研究表明,高纯度的合成斜发沸石及其可控制的Si/Al可以有效地提高沸石吸附和离 子交换能力。

(1)Na-斜发沸石的合成

将偏铝酸钠、NaOH 置于烧杯中加入适量去离子水,加热搅拌15 min得到澄清溶液。然后将制得的澄清溶液缓慢倒入硅溶胶中,强力搅拌1h。加入质量分数为10%和28%的晶种, 30 ℃恒温搅拌18h。将搅拌后的硅铝酸溶胶倒入35 mL高压反应釜中,在140 ℃的条件下晶化144h得到 Na-斜发沸石。

(2)(K, Na)-斜发沸石的合成

将一定比例的NaOH、KOH、Al(OH)3和去离子水搅拌均匀后在高压反应釜中反应3h制得澄清的偏铝酸盐溶液。然后将白炭黑及剩余的去离子水加入到偏铝酸盐溶液中, 强力搅拌1h。加入质量分数为10%的晶种,30 ℃恒温搅拌18 h。 将硅铝酸溶胶倒入35 mL高压反应釜中在140-180 ℃的条件下晶化24-144h得到(K,Na)-斜发沸石。

(1)晶种的影响。根据实验可知,不加入晶种的条件下很难合成出斜发沸石晶体;加入斜发沸石晶种质量分数为 10%时,合成产物主晶相为斜发沸石;加入 28%晶种时的产物组成与加入10%的晶种时基本一致。综上所述,晶种的加入能缩短晶核生成的诱导期,高斜发沸石晶体的生长速度。

(2)原料硅铝比的影响。随着硅铝比的逐渐降低,所得的产物开始出现杂相,影响了斜发沸石的结晶度。从下表可知,在硅铝比低于10的情况下很难合成出单一相的斜发沸石。 在实验中,合成出的斜发沸石晶体含有杂相很有可能是由于凝胶体系局部硅铝比较低所致。

(3)温度的影响。再次,由实验数据可知,在 120、140 和 160 ℃等三种条件下虽然均可合成较高纯度的斜发沸石,但所需要的晶化时间却不同,其中 120 ℃的反应时间需要在100 h以上。可见温度的升高使得晶化速率增大,晶化时间缩短。在 160 ℃的条件下,在晶化初期生成斜发沸石,继续晶化,已生成的斜发沸石则进一步转变为钠长石,导致斜发沸石结晶度降低。

斜发沸石是怎样合成的?斜发沸石有哪些作用?-国投盛世

两条晶化曲线均有两个拐点,表明在不同晶化时间段,有不同的结晶速率。成核诱导期较长,晶核形成后,斜发沸石晶化从诱导期向生长期转变,晶化曲线呈现急剧上升趋势。而当斜发沸石晶化从生长期向结束期转变时,晶化曲线接近水平。

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总之,晶种的加入有利于斜发沸石合成,其加入量以质量分数 10%为宜;在 140、160 和180 ℃条件下均能合成斜发沸石,提高温度可以缩短晶化时间;合成斜发沸石的配料硅铝比应控制在10-12 之间; 晶化时间在100 h以上即可;碱度的降低会导致成核时间延长, 过高的碱度又导致晶种溶解。

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沸石因其具有独特的离子交换性、离子交换性、催化性、热稳定性和耐酸性等特性,广泛应用于建材、土壤修复、水处理、日用轻工、石油化工、农牧业、造纸和塑料等领域。随着经济发展和生活水平的提高,预计未来沸石