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《武汉工程大学》 2012年
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13X型沸石水热法合成条件以及相变转化机理

李伟  
【摘要】:13X型沸石由于具有良好的离子交换性、催化性、吸附性,已被广泛的应用于石油化工、环保、建材和农牧业等诸多领域。13X型沸石的合成方法很多,但水热法仍然是13X型沸石产业化的主要工艺。尽管近年来水热法本身的技术手段、基本理论都得到了很大的发展,但水热法合成物相较纯且骨架硅铝原子比n(Si/Al)较低的13X型沸石的形成过程和相变转化机理的研究尚不成熟,本文就是针对上述内容进行的研究。1.实验探讨了摩尔比n(SiO_2/Al_2O_3)、n(Na_2O/SiO_2)以及 n(H_2O/Na_2O)等各种反应配比和反应温度、反应时间因素对水热法合成13X型沸石的影响。实验结果表明较佳的合成条件如下:n(SiO_2/Al_2O_3)=3.2、n(Na_2O/SiO_2)=2.3、n(H_2O/Na_2O)=60、反应温度T=90℃、反应时间t=6h。在此条件下得到了物相较纯且沸石骨架硅铝原子比n(Si/Al)较低(1.25)的13X型沸石。2.通过对不同反应时间的产物进行XRD、SEM、FT-IR、Raman 的表征分析,并结合A型沸石和方钠石的晶化过程的对比,提出并探讨了13X型沸石合成过程中的相变转化机理:(1)XRD和SEM分析表明,在反应时间为1.5h时,13X型沸石 的硅铝酸阴离子骨架已经形成。随着反应的不断进行,体系中的Al逐渐补充到硅铝酸盐阴离子骨架中取代Si,骨架中的硅铝原子比逐渐减小,在反应时间为6h时,沸石骨架中的硅铝原子比最小(为1.25),但反应时间超过6h后,骨架中的硅铝原子比开始逐渐增大,产生了逆变。(2)FT-IR、Raman的分析表明,随着沸石骨架中的硅铝原子比的 不断变化,沸石骨架的振动频率也在发生位移,并随沸石骨架中的硅铝原子比的减小而向低波数位移。这是因为Al-O键的振动频率比Si-O键的振动频率低,当体系中的Al逐渐补充到硅铝酸盐阴离子骨架中取代Si,沸石骨架中硅铝原子比是逐渐减小的,骨架的振动频率向低波数方向位移。(3)上述研究表明,水热法合成13X型沸石的晶化过程实质上是物相不断演化的过程,与A型沸石和方钠石的晶化机理不同,其机理是相变转化机理。当沸石骨架中硅铝原子比是逐渐减小时,为正相变过程:13X型沸石(Ⅰ)(Na_(1.84)[(Al_2Si_4)O_(11.92)]·7H_2O,空间群F)→13X型沸石(Ⅱ)(Na_2[Al_2Si_(3.3)O_(10.6)]·7H_2O,空间群Fd-3m[227])和13X型沸石(Ⅲ)(Na_(2.06)Al_2Si_(3.8)O_(11.63)·8H_2O,空间群F)→13X型沸石(Ⅳ)(Na_2Al_2Si_(2.5)O_9·6.2H_2O,空间群F)。当沸石骨架中硅铝原子比是逐渐增大时,为逆相变过程:13X型沸石(Ⅳ)(Na_2Al_2Si_(2.5)O_9·6.2H_2O,空间群F)→13X型沸石(Ⅱ()Na_2[Al_2Si_(3.3)O_(10.6)]·7H_2O,空间群Fd-3m[227])和13X型沸石(Ⅲ)(Na_(2.06)Al_2Si_(3.8)O_(11.63)·8H_2O,空间群F)→13X型沸石(Ⅰ)(Na_(1.84)[(Al_2Si_4)O_(11.92)]·7H_2O,空间群F)和13X型沸石(Ⅲ)(Na_(2.06)Al_2Si_(3.8)O_(11.63)·8H_2O,空间群F)。
【学位授予单位】:武汉工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O643.36

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