不同铝源制备NaA型分子筛的工艺优化与晶化机理研究

NaA分子筛是最早被人工合成的沸石分子筛之一,其分子式为Na96[(Al02)96(Si02)96]·216H2O。NaA分子筛由于具有均匀有序的孔道结构以及良好的离子交换特性而被广泛用作洗涤助剂、吸附剂以及金属离子的载体等。近年来,人们制备了NaA沸石分子筛膜,实现了醇/水的有效分离,具有广阔的应用前景。 研究表明,NaA分子筛的吸附分离性能在很大程度上取决于其粒径分布与结晶度。因而,探索适宜的合成参数,对于制备粒径分布均匀、结晶度高的NaA分子筛晶体至关重要。本论文在前人研究的基础上,选用不同的铝源合成NaA分子筛,并在各自体系下详细考察了碱度、晶化温度、晶化时间等因素对晶化速率和产物形貌的影响,同时讨论了晶体的生长过程与转化方向。 为了避免杂质干扰、保证反应活性,本课题以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,分别以氯化铝、硫酸铝和硝酸铝作为铝源,通过溶胶-凝胶法制备了Al2O3-2SiO2干凝胶粉体,干凝胶粉体通过碱激发转化成为粒径均一的沸石晶体。通过X射线衍射(XRD)、红外(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等分析手段对合成样品进行了表征,确定了不同铝源体系下合成NaA分子筛的最佳工艺参数。结果表明,在氯化铝作铝源的体系中,NaA分子筛的晶化区间较广,产物纯度较高,晶体形貌规则。确定其最佳工艺条件为：晶化温度90℃,晶化时间4h,原料配比为n(H2O)/n(Na2O)=30,n(Na2O)/n(SiO2)=3.0。实验观察发现,在该条件下,制备的NaA分子筛晶体粒度分布均匀,平均粒径约为2μm。而在硫酸铝作铝源的晶化体系中,NaA分子筛纯相存在的区间极为狭窄,产物中常包含有方钠石相晶体。实验确定的合成NaA分子筛的最佳工艺条件为：晶化温度90℃,晶化时间2h,n(H2O)/n(Na2O)=35,n(Na2O)/n(SiO2)=2.0。在硝酸铝作铝源的晶化体系中,只有在较低碱度和温度下方可制得纯度较高、结晶度较好的NaA分子筛,实验确定其最佳工艺条件为：晶化温度85℃,晶化时间2h,n(H2O)/n(Na2O)=40, n(Na2O)/n2(SiO2)=2.0. 通过对比发现,当以硫酸铝和硝酸铝作铝源时,晶化速率较快,产物中NaA分子筛易于向热力学更稳定相转化,而以氯化铝作铝源时,晶化反应平缓,晶化速率较慢。由此推断,这是由于铝源中的含氧阴离子(SO42-、NO3-)通过静电力作用,促进了次级结构单元的产生,进而加速了晶化反应的进行。