一種煤系高嶺土插層復(fù)合物制備鈉沸石的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤系高嶺土領(lǐng)域，尤其與一種煤系高嶺土插層復(fù)合物制備鈉沸石的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤系高嶺土在我國(guó)分布廣泛，貯量豐富，質(zhì)量?jī)?yōu)良，成礦類型時(shí)代及成因類型多，具有極高的開發(fā)和利用價(jià)值。煤系高嶺巖的主要礦物是高嶺石，高嶺石的晶體結(jié)構(gòu)為典型的1:1型二八面體層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，其基本層狀結(jié)構(gòu)是由一層硅氧四面體和一層鋁氧八面體通過共同的氧互相連接形成的一個(gè)晶層單元，在硅氧四面體和鋁氧八面體組成的單元層中，四面體的邊緣是氧原子，而八面體的邊緣是氫氧基團(tuán)，單元層與單元層之間通過氫鍵相互連接。鈉沸石是沸石的一類，為含水的鈉的鋁硅酸鹽礦物，化學(xué)成分為Na2Al2Si301(].2Η20，某些Κ和Ca可以取代Na。沸石骨架結(jié)構(gòu)中含有四、五、六、八、十或十二個(gè)四面體構(gòu)成的環(huán)面，形成一定大小的孔洞及管道，使得加熱脫水處理過的沸石能選擇性的吸附大小適當(dāng)?shù)姆肿?，因此沸石又稱為“分子篩”。傳統(tǒng)的合成沸石的工藝主要依靠水玻璃、偏鋁酸鈉和硫酸鋁，雖然純度較高，但是催化性能不穩(wěn)定，況且成本較大。
[0003]高嶺石合成沸石機(jī)理大體可以歸納為:焙燒的高嶺土在堿性溶液的作用下分解，形成硅酸根離子和鋁酸根離子，并相互交聯(lián)形成硅鋁酸根及硅鋁酸鹽膠體(也有不經(jīng)過成膠階段直接晶化一說)，當(dāng)硅鋁酸鹽體系的濃度達(dá)到分子篩的飽和濃度時(shí)，溶液中開始形成晶核，并不斷生長(zhǎng)出分子篩晶體。現(xiàn)有國(guó)內(nèi)研究者秦永寧、吳杰等通過對(duì)比試驗(yàn)得出最佳工藝條件為:高嶺土在700°C焙燒lh得到焙燒高嶺土，按照Na20:Si02= 1.8，H 20:Na20 =30的比例將焙燒高嶺土，NaOH，去離子水混合，劇烈攪拌升溫到61°C，保持1.5h，室溫老化24h，升溫到95°C，調(diào)整到中等攪拌速度，保持4h。經(jīng)過反復(fù)抽濾，洗滌，至PH= 11，120°C干燥2h，得到鈉沸石。以上制備工藝復(fù)雜而繁瑣，溫度、pH、時(shí)間等控制相對(duì)苛刻，很容易出現(xiàn)偏差從而影響鈉沸石的生成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有的煤系高嶺土制備鈉沸石存在的工藝復(fù)雜、鈉沸石生成質(zhì)量不高等問題，提供一種操作簡(jiǎn)單、流程控制相對(duì)容易的煤系高嶺土制備鈉沸石的方法。
[0005]為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種煤系高嶺土插層復(fù)合物制備鈉沸石的方法，其特征是，包括以下步驟:
[0007]步驟1、將煤系高嶺土粉碎；
[0008]步驟2、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的醋酸鉀溶液與粉碎后的高嶺土按質(zhì)量比為10:1混合，在室溫下磁力攪拌3?4天；
[0009]步驟3、將攪拌后的產(chǎn)物進(jìn)行過濾、洗滌、離心處理；
[0010]步驟4、將離心后的產(chǎn)物放在電熱鼓風(fēng)干燥箱干燥24h ;
[0011]步驟5、將風(fēng)干后的產(chǎn)物放入馬弗爐中升溫到800°C恒溫4h后在自然條件下冷卻，鈉沸石存在于熱解產(chǎn)物中。
[0012]使用本發(fā)明可以達(dá)到以下有益效果:本發(fā)明制作工藝簡(jiǎn)單、操作方便且容易控制，通過醋酸鉀與高嶺土的復(fù)合物高溫相變，從而制備鈉沸石。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的鈉沸石制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、工藝流程明顯簡(jiǎn)化，且容易控制，生成的鈉沸石質(zhì)量遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的鈉沸石制作工藝。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的復(fù)合物在馬弗爐中高溫相變階段及化學(xué)反應(yīng)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的復(fù)合物在馬弗爐中各溫度階段復(fù)合物XRD圖譜。
[0015]圖3為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的醋酸鉀溶液對(duì)高嶺石插層的XRD圖譜
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0017]實(shí)施例:如圖1?圖3所示，本發(fā)明包括以下步驟:
[0018]步驟1、將煤系高嶺土粉碎；
[0019]步驟2、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的醋酸鉀溶液與粉碎后的高嶺土按質(zhì)量比為10:1混合，在室溫下磁力攪拌3?4天；
[0020]步驟3、將攪拌后的產(chǎn)物進(jìn)行過濾、洗滌、離心處理；
[0021]步驟4、將離心后的產(chǎn)物放在電熱鼓風(fēng)干燥箱干燥24h ;
[0022]步驟5、將風(fēng)干后的產(chǎn)物放入馬弗爐中升溫到800°C恒溫4h后在自然條件下冷卻，鈉沸石存在于熱解產(chǎn)物中，在整個(gè)煅燒復(fù)合物過程中，合成鈉沸石的X射線衍射(XRD)圖譜和拉曼光譜圖譜如圖1所示。本發(fā)明的基本原理是高嶺石/醋酸鉀插層復(fù)合物的高溫相變，具體各階段反應(yīng)如圖2所示。
[0023]本發(fā)明關(guān)于醋酸鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)選取為30%的原理如下:
[0024]插層前后層間距的變化是評(píng)價(jià)插層效果的主要方法之一。從圖3(圖3中a—純高嶺石XRD圖譜山一濃度為5%的醋酸鉀溶液對(duì)高嶺石插層的XRD圖譜；c—濃度為15%的醋酸鉀溶液對(duì)高嶺石插層的XRD圖譜；(1一濃度為30 %的醋酸鉀溶液對(duì)高嶺石插層的XRD圖譜；e—濃度為50%的醋酸鉀溶液對(duì)高嶺石插層的XRD圖譜；)可以看出，高嶺石經(jīng)過醋酸鉀插層后，層間距從0.718nm擴(kuò)大至1.428nm，表明醋酸鉀分子已經(jīng)進(jìn)入高嶺石層間，且隨著醋酸鉀濃度的增大，醋酸鉀濃度越高進(jìn)入高嶺石層間的分子越容易，插層率也隨之增大。然而插層率在醋酸鉀濃度高于30%以后將不會(huì)發(fā)生明顯增長(zhǎng)，從綠色化學(xué)的觀點(diǎn)考慮，30%可作為插層效果最好濃度。
[0025]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤系高嶺土插層復(fù)合物制備鈉沸石的方法，其特征在于:所述的煤系高嶺土插層復(fù)合物制備鈉沸石的方法包括以下步驟: 步驟1、將煤系高嶺土粉碎； 步驟2、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的醋酸鉀溶液與粉碎后的高嶺土按質(zhì)量比為10:1混合，在室溫下磁力攪拌3?4天； 步驟3、將攪拌后的產(chǎn)物進(jìn)行過濾、洗滌、離心處理； 步驟4、將離心后的產(chǎn)物放在電熱鼓風(fēng)干燥箱干燥24h ; 步驟5、將風(fēng)干后的產(chǎn)物放入馬弗爐中升溫到800°C恒溫4h后在自然條件下冷卻，鈉沸石存在于熱解產(chǎn)物中。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤系高嶺土插層復(fù)合物制備鈉沸石的方法，屬于煤系高嶺土領(lǐng)域。本發(fā)明包括以下步驟：將煤系高嶺土粉碎；將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的醋酸鉀溶液與粉碎后的高嶺土按質(zhì)量比為10:1混合，在室溫下磁力攪拌3～4天；將攪拌后的產(chǎn)物進(jìn)行過濾、洗滌、離心處理；將離心后的產(chǎn)物放在電熱鼓風(fēng)干燥箱干燥24h；將風(fēng)干后的產(chǎn)物放入馬弗爐中升溫到800℃恒溫4h后在自然條件下冷卻，鈉沸石存在于熱解產(chǎn)物中。本發(fā)明制作工藝簡(jiǎn)單、操作方便且容易控制，通過醋酸鉀與高嶺土的復(fù)合物高溫相變，從而制備鈉沸石。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的鈉沸石制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、工藝流程明顯簡(jiǎn)化，且容易控制，生成的鈉沸石質(zhì)量遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的鈉沸石制作工藝。
【IPC分類】C01B39/52
【公開號(hào)】CN105271301
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510795951
【發(fā)明人】程宏飛, 周熠, 徐培杰
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年11月18日