[发明专利]一种合成纳米K,Ca-CHA沸石的方法

说明书

本发明涉及一种合成纳米K,Ca‑CHA沸石，其以天然富钙STI辉沸石矿粉为第一原料，经高温焙烧后得无定形粉，无定形粉中加入CHA晶种，在KOH水溶液中通过水热反应合成纳米K,Ca‑CHA沸石。该纳米K,Ca‑CHA沸石可制成纳米H,Ca‑CHA沸石，以其为第二原料，第二原料经铵交换后得第一前驱体，第一前驱体经过焙烧脱去氨可制成纳米H,Ca‑CHA沸石。本发明制备的纳米CHA沸石可应用于COsubgt;2/subgt;富集、废气中CO、Hsubgt;2/subgt;S、HCN、COS、NHsubgt;3/subgt;、NOx等小分子有毒有害气体的吸附去除，本发明采用的制备方法原料价格低廉，合成工艺简单，无环境污染，易于工业化。

技术领域

本发明属于沸石分子筛技术领域，具体涉及一种纳米K,Ca-CHA沸石的制备方法。

背景技术

CHA沸石分子筛的骨架和孔道开口结构示意图见图1，是由[SiO₄]和[AlO₄]四面体共氧链接成四氧元环和六氧元环初级结构d6r笼和四氧元环八氧元环构建的cha笼，d6r笼与cha笼相互连接，进一步有序相联成开口孔径0.38× 0.38nm的孔道结构。cha笼的空腔很大，达到0.84×0.84×0.82nm。

CHA结构类型沸石早先发现于天然矿物，俗称菱沸石(Chabasite)，一种 SiO₂/Al₂O₃摩尔比(SAR)为4的Ca型菱沸石(Nature，181，1794-1796， 1958)。因该天然物储量少、杂质多、SAR太低、稳定性热不高，限制其应用，一般只适用于制吸附剂和阳离子交换剂。

小孔口、大空腔的结构使低硅CHA沸石分子筛吸附剂在气体吸附分离和净化方面具有很突出的应用前景。例如，该沸石吸附剂具有特别强的选择吸附 CO₂的选择性，其对CH₄和N₂的分离选择性分别为CO₂/CH₄＝24-51和CO₂/N₂＝127- 135。可以应用于从天然气和油田气去除CO₂和H₂S，回收甲烷和乙烷。在液化空气制氧的工业设备上，用CHA沸石分子筛吸附剂的变压吸附取代13X沸石吸附剂，可以高效低能耗分离除去空气中的水和二氧化碳分子。CHA沸石分子筛吸附剂在焦化煤气中可以去除其中所含少量的CO₂、CO、和CH₄，制高纯H₂。

低硅CHA沸石的另一重要应用是从空气中吸附去除小分子有毒、有害、恶臭气体。下表列举的几种典型的气体名称、化学式和分子尺寸。低硅CHA沸石分子筛的骨架结构孔径是0.36×0.36nm，对所列的有毒、有害、恶臭气体的分子尺寸比较接近，可以通过改变吸附温度和压力，实现有效吸附。此外低硅 CHA沸石的硅铝摩尔比在4左右，与骨架平衡的阳离子比较多，可以通过用直径不同的金属阳离子交换制成不同阳离子型CHA沸石分子筛吸附剂，精细调节其吸附孔径，以提高对特定分子的吸附选择性。

表1 典型小分子有毒、有害、恶臭气体的分子尺寸