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粉煤灰合成分子筛的研究进展

2016年12月22日 12:00点击数量:1136次


分子筛是指具有均匀的微孔,其孔径与一般分子大小相当的一类物质。分子筛的应用非常广泛,可以作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等,但是使用化学原料合成分子筛的成本很高。研究发现粉煤灰的主要成分与分子筛的主要成分相近,可以使用粉煤灰合成分子筛,不仅能够降低成本,而且可以实现粉煤灰资源化利用。目前粉煤灰合成分子筛的方法主要有:传统水热法、碱熔融法、微波辅助合成法、晶种法等。以下是各类合成方法简介及其优缺点。

1.1水热法

水热合成法是指将定量的粉煤灰均匀分散在适当浓度碱溶液中,在一定温度下老化一段时间,然后在适当的温度范围内进行晶化,最后过滤、洗涤、干燥最终得到分子筛产品。水热法合成分子筛是发展最久也是目前最成熟的粉煤灰分子筛合成方法,但其耗时长,且不能将粉煤灰中莫来石和石英充分溶解,这既造成了原料的浪费,又降低了晶化纯度。

1.2碱熔融法

通过在水热之前进行碱熔预处理来解决这一问题的方法,称之为碱熔融法。碱融熔合成法可以溶解粉煤灰中的石英和莫来石,更好地利用粉煤灰。碱熔融法可以提高分子筛转化率,通过调节硅铝比可得到纯度较高而且实用价值良好的分子筛,但这种方法活化时间长,高温焙烧增加能耗。

1.3微波辅助法

微波合成法是将水热合成反应过程中的传统油浴或电加热等加热方式用微波加热代替,微波加热是指微波照射到反应物后被反应物吸收转化为热能,并将热能在反应中消耗的过程。粉煤灰可以通过微波加热老化、晶化一段时间,再经过滤、洗涤、烘干后得到分子筛相比而言微波加热属于体加热,效率更高,因此考虑用微波加热代替传统加热来提高合成效率。

粉煤灰微波合成分子筛的优点是效率高、能耗小、分子筛晶粒小、纯度高、易工业化,能较快地解决粉煤灰堆放引起的环境污染问题。但目前现有合成工艺的产率较低,需要进一步改善工艺提高产率。上述的合成方法关于原料、试剂用量以及最佳合成时间的确定都需要大量反复试验进行确定,无法通过直观的观察反应进程来调整实验条件,而超声波粉煤灰分子筛的合成很好地解决了这一问题。

1.4超声波法

超声波亦称做声化学,并不直接对反应起作用,超声波可以液相为媒介向四周传播,液体中微小的泡核被激活,生长形成分子筛。粉煤灰分子筛的超声波合成可以直观地了解一个反应的进程,除此之外还可用于分子筛的再生,减少了因分子筛不能重复利用带来的二次污染。

1.5晶种法

晶种法是通过加入晶种缩短诱导期,提高合成效率,缩短晶化时间的方法。晶种法首先要合成所需的分子筛晶种,然后将晶种、粉煤灰、碱源等按一定比例进行混合,在一定温度、时间内进行老化、晶化,最后经过过滤、洗涤、干燥得到分子筛产品。

1.6其他方法

除了上述几种比较常用的方法外,粉煤灰合成分子筛还有盐热法、混碱气相法、痕量水固相体系法等合成方法,随着粉煤灰合成分子筛的研究不断深入,人们除了探讨合成分子筛的各个影响因素外,也对新的合成方法进行了研究,采用多种方法结合、多步升温法、渗析-水热法等不断改进分子筛的合成工艺。

综上所述,不同类型的分子筛,合成工艺侧重点不同,在合成过程中应抓住主要影响因素,再不断改进合成路线,利用粉煤灰合成更多种类的分子筛,使粉煤灰的高附加值利用更广泛。