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影響粉煤灰沸石合成的因素

發布時間:2019-08-28     瀏覽次數:6112

粉煤灰的主要化學成分是SiO2和Al2O3,此外還含有少量的Fe2O3,CaO,MgO和未燃盡炭。其具體組成與煤的產地、燃燒溫度等因素有關。粉煤灰的化學組成和性質與火山灰相似,火山灰是形成天然沸石的前驅體。利用粉煤灰合成沸石是資源有效利用的途徑之一,近年來受到了人們的廣泛關注。


影響粉煤灰沸石合成的因素:

1、液固比

液固比指堿液的體積與粉煤灰的質量比,比值大則產量高,但耗水量大,反應所產生的廢液也多。同時液固比的大小也影響反應時間的長短,通常液固比在1~20mL/g。

2、堿的種類及濃度

堿的種類和濃度是影響粉煤灰中Si和Al物種的溶解、產物的晶型和產量的重要因素。在實驗中比較了不同堿液和堿的濃度對Si提取量的影響。研究表明,在相同條件下NaOH比Na2CO3和KOH具有更高的硅提取量和轉化率;NaOH濃度會影響產物晶型,當NaOH濃度小于2mol/L時,產物中P型沸石隨著NaOH濃度的增加而增加,當NaOH濃度大于3mol/L后,羥基方鈉石開始出現,這表明堿度過高不利于沸石的生成而利于方鈉石的生成。

3、硅鋁比

粉煤灰沸石的晶型在一定程度上與粉煤灰本身的特性有關,研究表明,在相同反應條件下,富鋁的粉煤灰容易生成A型沸石,而富硅的粉煤灰易生成P和X型沸石。向兩步法濾液中添加硅、鋁鹽,使n(SiO2)/n(Al2O3)在1.0~7.3變化,85℃下反應24h得到沸石產物。研究表明:當n(SiO2)/n(Al2O3)=1~2.0時,產物為單一Na-A沸石,當n(SiO2)/n(Al2O3)>2.5時,產物中開始出現Na-X,隨著硅鋁比的增加,產物中Na-X的含量增加而Na-A含量減少,當n(SiO2)/n(Al2O3)=7.3時,產物為單一的Na-X沸石。

4、反應溫度與反應時間


反應溫度也是影響沸石合成的重要因素,一般來說,升溫可以促進粉煤灰中固相溶解及液相濃度的增加,加速沸石晶體的生成。高硅沸石的合成溫度一般為150~200℃,中低硅沸石合成溫度在150℃以下。沸石合成過程必須控制好反應時間,時間太長則晶粒增大,同時還容易出現雜晶(A,X,Y轉化成P型沸石,進而轉化為方鈉石)。粉煤灰沸石的合成時間一般為3~48h。一般來說溫度高則需要的反應時間短;溫度低則需要的反應時間長。為了獲得純度高的沸石,采用變溫的方法在較短時間內合成出了純A型沸石。這種變溫合成方式與普通的兩步合成法相比,不但縮短了反應時間,同時也避免了由于反應時間過長導致的雜晶產生現象。

影響粉煤灰沸石合成的因素主要有粉煤灰種類、堿液的量及濃度、反應溫度、反應時間等。如何優化合成工藝條件,從而經濟、高效地從粉煤灰中合成出高純度沸石也是進一步研發的方向之一。

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