低硅鋁X型沸石分子篩（LSX）的鋰離子交換性能研究.pdf

1、鋰型低硅鋁X型沸石分子篩(Li-LSX)是一種應(yīng)用廣泛的空氣分離劑,具有氮氣吸附容量大、氮氧分離系數(shù)高以及脫附容易等優(yōu)點。在諸如變壓吸附分離(PSA)和真空變壓吸附分離(VSA)中均有應(yīng)用。在工業(yè)制備過程中使用較多的生產(chǎn)工藝是水溶液交換方法,該方法雖然具有交換條件溫和易操作等優(yōu)點,但在交換過程中存在著交換溶液中的鋰鹽利用率非常低(約12％),很難達(dá)到高交換度以及鋰鹽回收困難等缺點。鑒于此,本論文提出一種水溶液交換和高溫固相交換聯(lián)合使用的

2、新方法,這樣既提高了鋰離子的交換度(96％),又減少了鋰鹽的使用量,同時工藝簡單,易實現(xiàn)工業(yè)化。 本論文主要得到如下結(jié)論： 水溶液交換的最優(yōu)交換條件為：水浴90℃條件下,LiCl溶液的交換濃度0.4mol/L、交換次數(shù)為4次,每次交換的交換時間為2小時。在這個交換條件下得到的Li-LSX分子篩交換度達(dá)96％以上,基本滿足工業(yè)上的應(yīng)用要求； 在水溶液交換條件的考察中發(fā)現(xiàn),兩次交換之后,沸石分子篩中的鋰離子交換度達(dá)到

3、86.6％,且第三次和第四次的鋰離子利用率均很低,不足10％； 以兩次水溶液交換所得到的沸石分子篩為原料,利用固相交換法實現(xiàn)剩余陽離子位置的鋰離子交換,得到的最佳交換條件為：在沸石分子篩和一水氯化鋰的比例為1:1.5(沸石分子篩中的鈉離子和一水氯化鋰中的鋰離子的比例)的條件下,按照以下程序進(jìn)行離子交換：室溫條件下,以1℃/min的梯度,升溫到120℃,恒溫120min;以1.33℃/min的溫度梯度升溫到200℃,恒溫120mi

4、n;然后以2.5℃/min的梯度升溫到350℃,恒溫180min后,自然降溫。 在此基礎(chǔ)上,利用FT-IR、TG-DTA,XRD以及SEM等手段對樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方面的表征,結(jié)論如下： 1.通過對樣品的FT-IR表征,發(fā)現(xiàn)組成沸石分子篩的基本結(jié)構(gòu)單元沒有改變,仍然以Si-O-Al為主,但由于鋰離子比鈉離子小,對骨架振動的影響也略有不同,例如代表四面體內(nèi)部伸縮振動的峰由664.75cm~(-1)和696.37cm~(-1)兩

5、個峰移動到了668.70cm~(-1)并在696cm~(-1)附近出現(xiàn)一個較小的肩峰,而代表四面體外部伸縮振動的峰則由742.42cm~(-1)移動到了746.53cm~(-1),雙環(huán)振動的特征峰由557.48cm~(-1)變?yōu)?84.95cm~(-1)附近出現(xiàn)大小不等的雙峰等等； 2.通過TG-DTA分析發(fā)現(xiàn),與文獻(xiàn)報道結(jié)果比較,脫水峰向高溫方向移動,說明經(jīng)過交換沸石分子篩的吸水能力增強(qiáng),骨架坍塌溫度提高,從不到600℃,提高

6、到700℃左右,表明交換后的沸石分子篩熱穩(wěn)定性有所提高； 3.XRD分析結(jié)果顯示出交換之后,分子篩的各個特征峰普遍向大角度方向位移,說明晶面間距(d值)變小,這是由于鋰離子半徑較小,一方面可以完全進(jìn)入沸石分子篩中較小的籠,另一方面,在相同電荷的情況下,較小的離子半徑削弱了離子和骨架元素之間的作用力,使骨架收縮,晶胞縮?。?4.通過SEM照片可以發(fā)現(xiàn),交換前后分子篩的粒度不變,且分布范圍均較窄(～5μm),輪廓清晰,說明離