13X型沸石水熱法合成條件以及相變轉(zhuǎn)化機(jī)理.pdf

1、13X型沸石由于具有良好的離子交換性、催化性、吸附性,已被廣泛的應(yīng)用于石油化工、環(huán)保、建材和農(nóng)牧業(yè)等諸多領(lǐng)域。13X型沸石的合成方法很多,但水熱法仍然是13X型沸石產(chǎn)業(yè)化的主要工藝。盡管近年來(lái)水熱法本身的技術(shù)手段、基本理論都得到了很大的發(fā)展,但水熱法合成物相較純且骨架硅鋁原子比n(Si/Al)較低的13X型沸石的形成過(guò)程和相變轉(zhuǎn)化機(jī)理的研究尚不成熟,本文就是針對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行的研究。
　　1.實(shí)驗(yàn)探討了摩爾比n(SiO2/Al2O3

2、)、n(Na2O/SiO2)以及n(H2O/Na2O)等各種反應(yīng)配比和反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間因素對(duì)水熱法合成13X型沸石的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明較佳的合成條件如下:n(SiO2/Al2O3)=3.2、n(Na2O/SiO2)=2.3、n(H2O/Na2O)=60、反應(yīng)溫度T=90℃、反應(yīng)時(shí)間t=6h。在此條件下得到了物相較純且沸石骨架硅鋁原子比n(Si/Al)較低(1.25)的13X型沸石。
　　2.通過(guò)對(duì)不同反應(yīng)時(shí)間的產(chǎn)物進(jìn)行XRD、S

3、EM、FT-IR、Raman的表征分析,并結(jié)合A型沸石和方鈉石的晶化過(guò)程的對(duì)比,提出并探討了13X型沸石合成過(guò)程中的相變轉(zhuǎn)化機(jī)理:
　　(1)XRD和SEM分析表明,在反應(yīng)時(shí)間為1.5h時(shí),13X型沸石的硅鋁酸陰離子骨架已經(jīng)形成。隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行,體系中的Al逐漸補(bǔ)充到硅鋁酸鹽陰離子骨架中取代Si,骨架中的硅鋁原子比逐漸減小,在反應(yīng)時(shí)間為6h時(shí),沸石骨架中的硅鋁原子比最小(為1.25),但反應(yīng)時(shí)間超過(guò)6h后,骨架中的硅鋁原子比開(kāi)

4、始逐漸增大,產(chǎn)生了逆變。
　　(2)FT-IR、Raman的分析表明,隨著沸石骨架中的硅鋁原子比的不斷變化,沸石骨架的振動(dòng)頻率也在發(fā)生位移,并隨沸石骨架中的硅鋁原子比的減小而向低波數(shù)位移。這是因?yàn)锳l-O鍵的振動(dòng)頻率比Si-O鍵的振動(dòng)頻率低,當(dāng)體系中的Al逐漸補(bǔ)充到硅鋁酸鹽陰離子骨架中取代Si,沸石骨架中硅鋁原子比是逐漸減小的,骨架的振動(dòng)頻率向低波數(shù)方向位移。
　　(3)上述研究表明,水熱法合成13X型沸石的晶化過(guò)程實(shí)質(zhì)上是

5、物相不斷演化的過(guò)程,與A型沸石和方鈉石的晶化機(jī)理不同,其機(jī)理是相變轉(zhuǎn)化機(jī)理。當(dāng)沸石骨架中硅鋁原子比是逐漸減小時(shí),為正相變過(guò)程:13X型沸石(Ⅰ)(Na1.84[(Al2Si4)O11.92]·7H2O,空間群F)→13X型沸石(Ⅱ)(Na2[Al2Si3.3O10.6]·7H2O,空間群Fd-3m[227])和13X型沸石(Ⅲ)(Na2.06Al2Si3.8O11.63·8H2O,空間群F)→13X型沸石(Ⅳ)(Na2Al2Si2.5O

6、9·6.2H2O,空間群F)。當(dāng)沸石骨架中硅鋁原子比是逐漸增大時(shí),為逆相變過(guò)程:13X型沸石(Ⅳ)(Na2Al2Si2.5O9·6.2H2O,空間群F)→13X型沸石(Ⅱ)(Na2[Al2Si3.3O10.6]·7H2O,空間群Fd-3m[227])和13X型沸石(Ⅲ)(Na2.06Al2Si3.8O11.63·8H2O,空間群F)→13X型沸石(Ⅰ)(Na1.84[(Al2Si4)O11.92]·7H2O,空間群F)和13X型沸石(Ⅲ