沸石的物化性質和制備方法（一）

時間：2023-03-24 14:36:58來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

沸石的物化性質和制備方法（一）

[db:作者] / 2023-01-03 00:00

[物化性質]沸石又名泡沸石，分子篩，鋼沸石，晶體鋁硅酸鹽，其化學成分主要是SiO2，其次是Al2O3、CaO、MgO和Na2O等。沸石是沸石族礦物的總稱，是一種含水的架狀鋁硅酸鹽礦物，密度為1.92～2.80g/cm3，硬度為5～5.5，無色，有時為肉紅色，具有四面體骨架結構。到目前為止，已發現了40多種沸石，主要是方沸石、斜發沸石、片沸石、鈉沸石、斜鈣沸石、菱沸石等。多數沸石的孔體積在0.25～0.35cm3/g，比表面積很大，一般為500～1000m2/g，外表面積占總表面不足1%，主要為晶內表面。合成沸石一般為白色晶體粉末，其粒徑范圍為1～10μm，平均顆粒大小為1～5μm。用天然礦物做原料或在合成過程中混入雜質，產品有時就會略帶顏色。

[制備方法]人工合成沸石方法是以硅酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鋁、氯化鉀、氯化鈉、硫酸等為原料，摻入特定雜質元素，在常壓下利用水熱合成法制得不同種類沸石。

①水熱合成這種方法使用的原料是堿、氧化鋁、氧化硅和水。堿原料可以是氧化鈉、氧化鉀、氧化鋰、氧化鈣等，也可以是混合堿。氧化鋁原料是各種氫氧化鋁，如三水鋁石、三羥鋁石，還有一些鋁鹽，如硫酸鋁、三氧化鋁和廢金屬鋁等。

氧化硅原料可以是水玻璃、硅酸、硅溶膠、鹵代硅烷和各種活性無定形硅石。現以合成A型分子篩為例，說明生產分子篩的一般過程。首先將水玻璃加水稀釋，利用沉降法除去其中的雜質，同時將固體氫氧化鋁和液堿加熱(100℃以上)攪拌制成偏鋁酸鈉溶液。然后將稀釋的水玻璃和偏鋁酸鈉溶液混合，在室溫至60℃范圍內加熱攪拌制成硅鋁凝膠。將硅鋁凝膠置入反應釜中，利用蒸氣加熱至100℃左右，沸石即可自凝膠中結晶出來。

由于沸石是在過量堿的情況下結晶出來的，在晶粒上必然附著大量的氫氧化物，因此必須將其洗滌，否則影響沸石的性能。為此，要用60～80℃的水進行反復洗滌，至pH值達到9左右為止。洗滌后的沸石再用金屬鹽溶液進行離子交換。經上述步驟制成的沸石，是一種沸石的白色粉末，還不能在工業上直接使用，還需要加入一定量的黏合劑，經捏合和滾壓摻和后，用成型機成型。再將成型后的分子篩在一定的溫度下烘干，然后在450～600℃左右的溫度下灼燒活化，即制成適于工業應用的A型分子篩。A型分子篩的生產工藝使用高活性的溶液，因而生成沸石的純度較高。

②堿處理法堿處理法又稱水熱轉化法，其實質是在過量的堿的存在下，將一些固體硅鋁酸鹽水熱轉化成沸石。這種方法使用的原料分為兩類：一類是天然礦物，如高嶺土、膨潤土、硅藻土、水鋁莫石，火山玻璃巖等；另一類是各種工業含硅、鋁原料，如硅凝膠、鋁凝膠、硅鋁凝膠、爐灰渣等。通常高硅原料用于合成高硅沸石，低硅原料用于合成低硅沸石，因而是一種理想的合成沸石的原料。合成方法可以用火山玻璃加堿直接合成或用火山玻璃加燒堿和氫氧化鋁合成。前一種方法是將火山玻璃破碎到80～100目，把一定量的燒堿溶于適量的水中，將上述兩種原料拌勻，烘干，這樣就制成了生料。然后將此生料放入馬弗爐中焙燒成熟料。再將熟料加入適量的水，生成硅鋁膠，最后使硅鋁膠在一定的溫度下晶化，這樣就制成了八面沸石。

后一種方法，其配料和焙燒工藝均與前法相同，只是將補加的氫氧化鈉配置成偏鋁酸鈉溶液，在晶化反應開始時加入進去。實驗表明，由于補加了鋁，使混合物中的二氧化硅和三氧化鋁的比值更適合八面沸石的形成，而且結晶時間可大大縮短，堿的用量可減少1/2，產量可提高1倍。

應用工業硅鋁原料合成沸石，其一般過程是先將硅溶膠或鋁溶膠和六甲基四胺混合注入成型油中，使之成為微球型凝膠顆粒，再將這凝膠微球進行適當的水熱處理，便可生成相應的沸石。

堿處理法合成的沸石的純度雖不如水熱合成法高，但具有生產成本低、產品強度高等優點。

③沸石膜的合成沸石膜的合成在多孔載體上制備的多晶沸石膜為氣氣、液液分離提供了新的解決方案，因此受到人們越來越多的重視，沸石膜具有高溫穩定性和能適用于苛刻的化學條件的特點，為其在工業上的潛在應用提供了廣闊的前景。近十幾年來，沸石膜的合成成為無機膜領域的一大熱點，大批的科研工作者開始從事沸石膜的工作，并相繼合成了MFI、A、Y、L等沸石膜，其中尤以MFI沸石膜研究為多。

沸石膜在分離方面的巨大應用潛力，使得它成為無機膜研究的前沿。雖然沸石膜的研究報道很多，但大多處于實驗室理論研究階段，距成功地實現工業化還有很大距離。在沸石膜合成上，不僅要尋找合適的載體和處理方法，更重要的是膜的制備方法，最終制備出薄而連續的定向膜，從而滿足選擇性和滲透性能俱佳的要求。

天然沸石經過活化、改性，可以明顯提高其孔隙率及表面活性，提高吸附性能、離子交換性能及交換量等，從而提高其使用價值。沸石改性主要有活化處理、表面改性和結構改性3種。

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