碱处理法
人工合成沸石的碱处理法又称水热转化法,其实质是在过量的碱的存在下,将一些固体硅铝酸盐水热转化成沸石。
这种方法使用的原料分为两类:
一类是天然矿物,如高岭土、膨润土、硅藻土、水铝莫石,火山玻璃岩等;
另一类是各种工业含硅、铝原料,如硅凝胶、铝凝胶、硅铝凝胶、炉灰渣等。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,因而是一种理想的合成沸石的原料。
合成方法可以用火山玻璃加碱直接合成或用火山玻璃加烧碱和氢氧化铝合成。
前一种方法是将火山玻璃破碎到80~100目,把一定量的烧碱溶于适量的水中,将上述两种原料拌匀,烘干,这样就制成了生料。然后将此生料放入马弗炉中焙烧成熟料。再将熟料加入适量的水,生成硅铝胶,最后使硅铝胶在一定的温度下晶化,这样就制成了八面沸石,
后一种方法,其配料和焙烧工艺均与前法相同,只是将补加的氢氧化钠配置成偏铝酸钠溶液,在晶化反应开始时加入进去。实验表明,由于补加了铝,使混合物中的二氧化硅和三氧化铝的比值更适合八面沸石的形成,而且结晶时间可大大缩短,碱的用量可减少一半,产量可提高一倍。
高岭土的成分也很接近A型沸石,且分布广,储量丰富,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:先将高岭土烘干,粉碎,以增大其比表面积,然后在700℃高温下焙烧,使之转变为高化学活性的无定形物质——偏高岭土。
然后,与氢氧化钠溶液拌匀,团块成型,再在50~60℃下加热,并通过水蒸气使团块为水饱和,以防团块碎裂。将团块浸入1~10mol几氢氧化钠反应液中,或放入合适的反应塔中,用反应液雾喷洒,将温度控制在70~110℃之间,几小时后即可结晶成A型沸石,该方法的关键是团块成型时氢氧化钠溶液的用量。
当碱浓度很高时,由于在团块中生成水玻璃,降低了渗透性能,结果将部分形成羟基方钠石,影响A型沸石的纯度。
当碱度低时,团块容易碎裂。
实践证明,团块中Na2O/SiO2摩尔比以0.3为宜。另外,也可用高岭土合成Ⅹ型和Y型沸石。根据高岭土的硅铝比较Ⅹ型和Y型沸石低,因而可以将高岭土灼烧至930~1100℃,使其中相当数量的Al2O3转变为难溶于碱溶液的a-Al2O3,以提高其有效硅铝比。将灼烧过的高岭土细粉与10%~20%氢氧化钠溶液混合成淤浆,在20~50℃下老化1~3d,然后在80110℃中水热结晶。若碱量高,则生成Ⅹ型沸石;碱量低,则生成Y型沸石高岭土除可用于合成A型、X型、Y型沸石外,应用不同的条件,还可制备其他的类型的沸石。
如将偏高岭土用氢氧化钠和四甲胺氢氧化物溶液水热处理则生成N型沸石,而用KOH和Ba(OHI)2溶液处理,则可生成KBa-L型沸石等。应用工业硅铝原料合成沸石,其一般过程是先将硅溶胶或铝溶胶和六甲基四胺混合注入成型油中,使之成为微球型凝胶颗粒,再将这凝胶微球进行适当的水热处理,便可生成相应的沸石。
碱处理法的优缺点
碱处理法合成的沸石的纯度虽不如水热合成法高,但具有生产成本低、产品强度高等优点
