李紅璣　李寧　吳喜勇　陳立軍

摘 要：在分子篩合成方法中，以廉價礦土的水熱合成法，因其成本低、操作簡單，在近些年的研究中倍受青睞。而沸石分子篩因其孔道發(fā)達，吸附和催化性能獨特，被廣泛應用于化工、環(huán)保、水處理等領(lǐng)域。以凹凸棒土為原料，經(jīng)改性提純后，按一定比例用水熱合成法合成方鈉石分子篩，并研究其對鉻的吸附性能，該分子篩的吸附容量為5.6 mg/g，吸附效率在8 h達89.5%。

關(guān) 鍵 詞：凹凸棒土；水熱合成；方鈉石分子篩；吸附；鉻

中圖分類號：TQ 703.5 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）09-2124-04

Abstract： In the synthesis methods of molecular sieve， the hydrothermal synthesis method with low cost and simple operation is very popular in the resent years. Because of its developed pore， unique adsorption and catalysis characteristics， the zeolite has been widely used in chemical industry， environmental protection， water treatment and other fields. In this study， using attapulgite as raw material， sodalite was synthesized by the hydrothermal synthesis method， and the adsorption effect of the sodalite to chromium was studied. The results show that adsorption capacity of the sodalite zeolite is 5.6 mg/g， the adsorption efficiency can reach to 89.5% in 8h.

Key words： attapulgite； hydrothermal synthesis； sodalite； adsorption； chromium.

沸石分子篩的名稱很多，通常叫做沸石、分子篩、晶體鋁硅酸鹽等[1]，因結(jié)構(gòu)中鋁硅酸鹽陰離子骨架使其具有特定的“篩”的性質(zhì)，從而構(gòu)成了獨特的吸附性、催化性以及特殊的離子交換性[2，3]。沸石晶體內(nèi)強大庫侖場和極性作用以及高的表面酸性，形成了沸石強的吸附能力和高效的碳離子型催化活性[4-6]。合成沸石分子篩的方法主要是水熱合成法、非水合成法、蒸汽相合成法、純固體配料合成法以及微波合成法，其中水熱合成法中的半合成法主要以天然鋁硅酸鹽巖石或工業(yè)廢渣為原料[7-9]，經(jīng)過一定的除雜以及預活化和成分調(diào)節(jié)處理，再進行堿溶，加入晶體導向劑，最后可以結(jié)晶出沸石晶體[11-15]。目前較為成熟的工藝是以高嶺土、蒙脫石為原料合成沸石[16-18]。作為具有與高嶺土具有相似結(jié)構(gòu)的廉價凹凸棒土，介紹合成沸石分子篩的研究較少[19-21]。本文即以鏈層狀結(jié)構(gòu)的含水鎂鋁硅酸鹽礦物—凹凸棒土為主要硅鋁來源，合成沸石分子篩中的方鈉石，并對鉻的吸附性能進行研究。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

紫外可見分光光度計UV757CRT、電子天平AL204、pH計DELTA320、馬弗爐XL-100、多頭磁力加熱攪拌器HJ-4A、循環(huán)多用真空泵SHB-3、真空干燥箱DZF-6030、萬用電爐0～1 000 W、電熱恒溫鼓風干燥箱DHG-9023A、水熱合成反應釜PTFE。

1.2 實驗藥品

氯化鈉、偏鋁酸鈉、氫氟酸、氟化鈉、30%過氧化氫、甲酚紅、氫氧化鈉、酚酞、DL-酒石酸、鹽酸、氯化鉀、氯化鋅、二甲酚橙、高氯酸、草酸、氫氧化鋁、乙二胺四乙酸二鈉、無水乙醇（95%）、氟化鉀、氨水、冰醋酸、無水乙酸鈉、 硫酸鋅、硝酸、重鉻酸鉀。

1.3 實驗方法

1.3.1 凹凸棒土提純

將一定量的凹凸棒土至于800 ℃馬弗爐內(nèi)煅燒處理，取其煅燒后土樣經(jīng)一定量的鹽酸浸漬1 h除雜，抽濾，用純水洗至中性，備用。

1.3.2 初始凝膠配置

按固液比1∶4將上述提純后的凹凸棒土移入5 mol/L氫氧化鈉溶液中，磁力加熱攪拌2 h，后抽濾，得到含硅酸鈉的堿性溶液；將堿性溶液與一定量的偏鋁酸鈉、氫氧化鈉和去離子水按照1∶3∶1.2∶10∶150比例混合，均勻攪拌2 h，得到初始凝膠。

1.3.3 晶化反應

將沸石合成初始凝膠移至水熱晶化反應釜中，一定溫度下水熱晶化一定時間，得白色晶體，抽濾、水洗、干燥后得方鈉石分子篩。

2 實驗結(jié)果與討論

通過對廉價凹凸棒土提純改性，得到含硅、鋁含量較高結(jié)構(gòu)塌陷的凹凸棒石，經(jīng)氟硅酸鉀容量法測定其硅含量為68.91%，EDTA容量法測定Al3+含量為12.1%。

采用水熱合成法合成沸石分子篩，考慮硅鋁比、堿硅比、晶化溫度、晶化時間等四個因素對方鈉石分子篩結(jié)晶度的影響，結(jié)晶度計算公式按（1），主要結(jié)果如下：

結(jié)晶度=（Va-V）/（Va-Vc）×100% （1）

其中：Va—完全無定形聚合物的比容；

Vc—完全結(jié)晶聚合物的比容；

V —試樣的比容（比容為密度的倒數(shù)）。

2.1 Si/Al比對方鈉石分子篩結(jié)晶度的影響

在研究Si/Al比對方鈉石分子篩結(jié)晶度影響時，確定Na/Si比為1∶4，水熱合成晶化反應溫度為90℃，晶化反應時間為24h，在此條件下Si/Al比分別為1.1∶1、1.5∶1、1.7∶1、2.0∶1、2.2∶1、2.3∶1、2.6∶1、2.9∶1，其不同Si/Al比所得方鈉石分子篩結(jié)晶度如圖1所示。

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