Clinoptilolite(Na6[Al6Si30O72]· 24H2O)是自然界中分布最廣的沸石礦物之一,由于其特有的吸附和離子交換的特性,已被應用到海水及鹵水提鉀、氣體凈化、污水處理等多個領域。但是由于斜發沸石中無定型物質及其它結晶產物的存在,使其難以發揮最大的吸附及離子交換性能。研究表明,高純度的合成斜發沸石及其可控制的Si/Al可以有效地提高沸石吸附和離 子交換能力。

(1)Na-斜發沸石的合成

將偏鋁酸鈉、NaOH?置于燒杯中加入適量去離子水,加熱攪拌15 min得到澄清溶液。然后將制得的澄清溶液緩慢倒入硅溶膠中,強力攪拌1h。加入質量分數為10%和28%的晶種,?30?℃恒溫攪拌18h。將攪拌后的硅鋁酸溶膠倒入35 mL高壓反應釜中,在140?℃的條件下晶化144h得到?Na-斜發沸石。

(2)(K, Na)-斜發沸石的合成

將一定比例的NaOH、KOH、Al(OH)3和去離子水攪拌均勻后在高壓反應釜中反應3h制得澄清的偏鋁酸鹽溶液。然后將白炭黑及剩余的去離子水加入到偏鋁酸鹽溶液中, 強力攪拌1h。加入質量分數為10%的晶種,30 ℃恒溫攪拌18 h。 將硅鋁酸溶膠倒入35 mL高壓反應釜中在140-180 ℃的條件下晶化24-144h得到(K,Na)-斜發沸石。

(1)晶種的影響。根據實驗可知,不加入晶種的條件下很難合成出斜發沸石晶體;加入斜發沸石晶種質量分數為?10%時,合成產物主晶相為斜發沸石;加入?28%晶種時的產物組成與加入10%的晶種時基本一致。綜上所述,晶種的加入能縮短晶核生成的誘導期,高斜發沸石晶體的生長速度。

(2)原料硅鋁比的影響。隨著硅鋁比的逐漸降低,所得的產物開始出現雜相,影響了斜發沸石的結晶度。從下表可知,在硅鋁比低于10的情況下很難合成出單一相的斜發沸石。 在實驗中,合成出的斜發沸石晶體含有雜相很有可能是由于凝膠體系局部硅鋁比較低所致。

(3)溫度的影響。再次,由實驗數據可知,在 120、140 和 160 ℃等三種條件下雖然均可合成較高純度的斜發沸石,但所需要的晶化時間卻不同,其中 120 ℃的反應時間需要在100 h以上。可見溫度的升高使得晶化速率增大,晶化時間縮短。在 160 ℃的條件下,在晶化初期生成斜發沸石,繼續晶化,已生成的斜發沸石則進一步轉變為鈉長石,導致斜發沸石結晶度降低

兩條晶化曲線均有兩個拐點,表明在不同晶化時間段,有不同的結晶速率。成核誘導期較長,晶核形成后,斜發沸石晶化從誘導期向生長期轉變,晶化曲線呈現急劇上升趨勢。而當斜發沸石晶化從生長期向結束期轉變時,晶化曲線接近水平。

總之,晶種的加入有利于斜發沸石合成,其加入量以質量分數 10%為宜;在 140、160 和180 ℃條件下均能合成斜發沸石,提高溫度可以縮短晶化時間;合成斜發沸石的配料硅鋁比應控制在10-12 之間; 晶化時間在100 h以上即可;堿度的降低會導致成核時間延長, 過高的堿度又導致晶種溶解。

Zeolite因其具有獨特的離子交換性、離子交換性、催化性、熱穩定性和耐酸性等特性,廣泛應用于建材、土壤修復、水處理、日用輕工、石油化工、農牧業、造紙和塑料等領域。隨著經濟發展和生活水平的提高,預計未來沸石