絲光沸石在自然界中數量較多,但分布地區不夠廣泛,天然絲光沸石純度也不夠高,孔結構無法調節,因此,有必要人工合成。由于絲光沸石具有更高的硅鋁比,且骨架結構中存在大量的五元環,所以它比Y型沸石具有更高的熱穩定性、抗蒸汽性能和耐酸性。

絲光沸石的合成方法

1、低硅絲光沸石的合成

采用水熱合成法合成絲光沸石,可以直接以廉價水玻璃為硅源,以鋁酸鈉溶液為鋁源,通過加入特制導向劑,于一定溫度下在反應釜中通過晶化反應合成出硅鋁比為9~11絲光沸石。

2、高硅絲光沸石的合成

以往人們大都采用硅鋁比約為10的絲光沸石,經過一種或幾種脫鋁方式制取高硅絲光沸石,得到脫鋁型絲光沸石。脫鋁處理方式有酸萃取、焙燒-酸萃取、高溫水蒸氣處理-酸處理和絡合物脫鋁等,操作過程長,且脫鋁過程中往往產生不同程度缺陷和非骨架碎片,導致所得相同硅鋁比的絲光沸石在理化性能和催化活性方面表現出明顯的差異。因此,研究高硅鋁比絲光沸石的合成規律與方法成為這類沸石研究的重點方向之一。發現,生成高硅絲光沸石的熱力學成相區很窄(圖3)。高硅絲光沸石的合成一般需要加入大量有機胺模板劑,因而合成成本將升高,同時還可能造成環境污染。

絲光沸石的合成方法-國投盛世

圖3高硅絲光沸石合成的適宜溫度及生長相區

3、結晶機理

在Na2O-SiO2-Al2O3-H2O體系中用水熱法

合成絲光沸石,發現隨著晶化溫度的增加發生沸石的結晶度的移動(見圖4),這可解釋為:凝膠液相中組分(硅酸鹽和鋁酸鹽)的濃度是沸石生成過程中的主要控制因素,當溫度升高時,硅酸鹽和鋁酸鹽的溶解度增大,從而引起液相濃度的移動。這一現象支持了凝膠液相結晶的機理。由圖3的S形曲線看出,有明顯的誘導期存在,從晶化開始到晶體形成,成核階段是控制因素。

 

絲光沸石的合成方法-國投盛世

圖4晶化溫度與晶化率對應關系

4、影響因素

絲光沸石合成是一個相當復雜的過程,它受著多種因素影響,如果控制不好這些因素,就可能得到非所預期的結果,影響絲光沸石的主要因素歸納如下:

(1)含硅的原料。實踐證明,在相同的配比條件下,不同的含硅化合物對絲光沸石的合成影響很大,它不僅影響晶化速度,而且影響產品的質量;

(2)投料硅鋁比對合成高硅絲光沸石有很大的影響。當鈉硅比不變時,投料硅鋁比增大,產物硅鋁比增大;當硅鋁比不變時,鈉硅比越低,產物硅鋁比越高;

(3)堿度在合成絲光沸石中具有一定的催化作用。結晶過程可分為兩個階段,誘導期和結晶期。隨著堿度的增大,反應速率加快。但當堿度過高時,不能得到純晶相的絲光沸石,而會伴有方沸石的生成;

(4)溫度對絲光沸石的結晶速率有一定的影響。晶化溫度主要影響晶化時間。同樣條件下,晶化溫度高則能縮短晶化時間,反之,晶化溫度低則需延長晶化時間,晶體才能結晶完善。