連續(xù)晶化法合成高性能4A沸石的研究.pdf

1、4A沸石由于其獨特的吸附性、共價載體性和良好的化學(xué)可修飾性，廣泛應(yīng)用于洗滌助劑、石油化工及環(huán)境保護等諸多領(lǐng)域。近年來隨著4A沸石的應(yīng)用范圍越來越廣，其用量也越來越大。目前工業(yè)生產(chǎn)普遍采用間歇法生產(chǎn)，其設(shè)備投資大、能耗高、產(chǎn)量低，產(chǎn)品成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定。為了克服這一缺陷，本論文通過對傳統(tǒng)的間歇晶化條件加以改進，將最關(guān)鍵的晶化過程連續(xù)化，實現(xiàn)了合成高性能4A沸石工藝條件的優(yōu)化。主要內(nèi)容如下：
　　 在間歇晶化條件下，通過加大反應(yīng)混合

2、物堿度、減少體系水量(即高堿度少水體系)和加入適量的表面活性劑，加快了凝膠溶解速度及晶化速度、縮短了4A沸石晶化的誘導(dǎo)期、加快了晶化速率、減小了平均粒徑，使得整個工藝過程所需時間明顯縮短，此結(jié)果為4A沸石的連續(xù)化合成提供了可能。
　　 在對自行設(shè)計、研制具有中試規(guī)模的連續(xù)晶化器進行了調(diào)試的基礎(chǔ)上，通過正交實驗的方法得到了連續(xù)晶化法合成4A沸石的的最佳工藝為：成核漿液濃度為30％、流量為2L/min，反應(yīng)混合物配比n(SiO2)/

3、n(Al2O3)=1.8～1.9，n(Na2O)/n(Al2O3)=3.2～3.4，n(H2O)/n(Al2O3)=80～100，晶化時間t=20min，晶化溫度90℃、添加十二烷基磺酸鈉(SDS)摩爾比數(shù)為0.1。通過對漿液中固體顆粒的沉降理論分析得出，在20min內(nèi)沸石顆粒沉降距離為1.998×10-5mm，由于其沉降速度非常慢，所以對連續(xù)晶化過程幾乎沒有影響，且在實際實驗過程中也未發(fā)現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象，實現(xiàn)了高性能4A沸石連續(xù)晶化的穩(wěn)

4、定中試合成。
　　 對連續(xù)晶化法合成的4A沸石產(chǎn)品進行了表征，結(jié)果表明：采用連續(xù)晶化法可以制備出結(jié)晶度高，粒度小且分布范圍窄，鈣交換能力高、速率快的高性能4A沸石；通過對連續(xù)晶化法與間歇晶化法合成的4A沸石鋁離子含量、洗凈力、摩損性、LCC性能對比分析表明，鋁離子含量從18.34[％]提高到18.61[％]、洗凈力比間歇晶化法高20％、摩損性幾乎沒有、LCC從39.0g/100g提高到44.2g/100g。
　　 與傳統(tǒng)

5、合成工藝相比，連續(xù)化工藝的料漿固含量提高85[％]以上，水電汽消耗及材料檢修維護費用大幅降低，目前全球沸石的商業(yè)產(chǎn)值超過3500億元，而4A沸石則占50[％]以上，若按年產(chǎn)20萬噸4A沸石計算，合計降低成本大于2200萬元/年。
　　 連續(xù)晶化法合成4A沸石的熱力學(xué)過程的研究表明，連續(xù)晶化法合成過程的成核活化能En為51.1kJ·mol-1、晶核生長活化能Ec為5.8kJ·mol-1，晶核生長活化能與傳統(tǒng)間歇法的相比大幅降低，晶

6、化時間相對縮短。
　　 連續(xù)晶化法水熱合成4A沸石反應(yīng)體系突破了傳統(tǒng)間歇法的典型組成，在實驗中并沒有觀察到 4A沸石轉(zhuǎn)晶為方鈉石，由此推測形成方鈉石的原因除了由于堿度太高之外，還與晶化方式有關(guān)。
　　 對連續(xù)晶化法合成4A沸石的生長歷程研究表明，連續(xù)化合成機理屬液相轉(zhuǎn)化機理。建立了連續(xù)晶化法合成4A沸石的生長模型，連續(xù)晶化水熱條件下沸石晶粒的形成經(jīng)歷了前驅(qū)物溶解-成核并形成納米小粒子(成核期)-納米晶粒疊合生長為亞微米晶