[发明专利]凹凸棒石粘土合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以凹凸棒石粘土为原料合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石的方法，具体地说是一种以煅烧凹凸棒石粘土为硅源，通过调节合成条件分别合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石的方法。

背景技术

沸石是具有规整孔道、较大比表面积、高水热稳定性的铝硅酸盐晶体，已被广泛地应用在催化、吸附、分离等领域。其中4A沸石和P型沸石具有较强的离子交换能力，是洗涤助剂三聚磷酸钠的优良替代品，也可用作吸附剂、干燥剂等；方钠石是一种具有孔径的多孔硅铝酸盐沸石，可用作吸附剂、光致变色材料和储氢材料，具有较大工业应用前景。上述沸石可由含铝或硅的化工原料与氢氧化钠水热合成，纯度高，质量较好，然而生产成本较高，且原料来源受到限制，制约了合成沸石的应用领域。因此，为了降低生产成本，采用含硅铝的无机矿物，如高岭土(ZL98117045.5、CN101033070A)、粉煤灰(ZL02138756.7、ZL02112272.5)、煤矸石(ZL200410064592.X)、铝土矿(非金属矿，2008，24～26)、膨润土(CN101428815A)等来合成上述沸石，以取代传统化工原料，目前已形成一定生产规模。

凹凸棒石粘土(以下简称凹土)是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，理论化学成分为：SiO₂ 56.96％，(Mg，Al，Fe)O 23.83％，H₂O 19.21％；凹土中含有较多的SiO₂成分，因此凹土可作为沸石合成的硅源。目前以其为原料通过水热碱浸处理可合成方沸石、丝光沸石、A型沸石(CN101066766A)和X型沸石(CN101337681A)。

发明内容

本发明的目的是：提供一种凹凸棒石粘土合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石的方法，以价廉的凹凸棒石粘土为原料，调节合成条件分别合成纯4A沸石、P型沸石和方钠石，拓展凹土的应用价值。

本发明的技术解决方案是该合成方法包括以下步骤：首先，高温煅烧凹凸棒石粘土；然后，碱液浸泡煅烧的凹凸棒石粘土得含Na₂SiO₃的浸出液；最后，碱性浸出液中添加铝源进行水热晶化合成，经过滤、水洗和干燥分别得到纯4A沸石、P型沸石和方钠石。

本发明的合成方法的具体步骤如下：

1)凹凸棒石粘土600～800℃焙烧1～3h；

2)将煅烧的凹凸棒石粘土按固液质量体积比1∶4加入碱液浸泡，过滤，得含Na₂SiO₃的浸出液；其中，碱液为浓度5mol/L或8mol/LNaOH溶液，处理温度为80～100℃，处理时间为1～2h；

3)在5mol/LNaOH溶液浸出得到的碱性浸出液中按体积比1∶1添加铝源溶液，室温搅拌陈化0.5h，80～90℃进行水热晶化5h，经过滤、水洗和干燥得纯4A沸石，其中，铝源溶液为Al₂(SO₄)₃或NaAlO₂溶液，Al³⁺离子摩尔浓度为1～1.88mol/L；或在5mol/LNaOH溶液浸出得到的碱性浸出液中按体积比1∶4添加铝源溶液，搅拌均匀，用1mol/L的H₂SO₄或HCl溶液调节pH值为11，室温搅拌陈化8～12h，110～150℃水热晶化8～48h，经过滤、水洗和干燥得P型沸石，其中，铝源溶液为Al₂(SO₄)₃或NaAlO₂溶液，Al³⁺离子摩尔浓度为1～2.5mol/L；或在8mol/LNaOH溶液浸出得到的碱性浸出液中按体积比1∶4添加铝源溶液，室温搅拌陈化8～12h，180℃水热晶化8～24h，经过滤、水洗和干燥得方钠石，其中，铝源溶液为Al₂(SO₄)₃或NaAlO₂溶液，Al³⁺离子摩尔浓度为1～3mol/L。

本发明的合成方法以凹凸棒石粘土为原料，经煅烧、碱浸预处理，通过调节合成条件分别得到纯4A沸石、P型沸石和方钠石，合成方法简单，原料易得，生产成本低。

附图说明

图1为本发明合成的4A沸石的SEM照片

图2为本发明合成的P型沸石的SEM照片

图3为本发明合成的方钠石的SEM照片

具体实施方式