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《广西师范大学》 2002年
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广西辉沸石的吸附与离子交换性能及其应用研究

何丽新  
【摘要】: 沸石是一族由[(Si,Al)O_4]四面体组成的、兼有架状构造的含水铝硅酸盐矿物,其晶体结构比较特殊——有许多大小均一的孔道和孔穴,而孔道和孔穴由阳离子与水分子占据。孔道中的水分子能可逆地吸附、脱附,而不破坏沸石的晶体结构,脱水后,沸石的孔穴变得空旷,可以吸附并储存大量极性分子,所以其具有吸附性能;沸石晶格中的阳离子和铝硅酸盐格架结合较弱,能可逆地被其它阳离子交换代替,同时也不破坏沸石的晶体结构,因而其具有离子交换性能。利用沸石的吸附和离子交换性能,它已广泛应用于农业、石油化工、建筑业、畜禽饲养、环境保护和能源利用等领域。与合成沸石相比,天然沸石矿藏丰富,价格低廉,所以其开发利用备受关注。 广西辉沸石矿储量大,纯度高,铁的含量很低,仅~0.27%,白度几乎接近90度,晶体大。它是一种质量较好、用途较广且罕见的沸石矿,也是目前国内外唯一具有工业意义的辉沸石矿。广西辉沸石自1989年发现以来已有10余年,但为其开发应用提供理论依据的理化性质尚无系统而全面的研究。对辉沸石吸附性能和离子交换性能的研究,是有效开发利用沸石矿物资源的前提。在现有实验条件的基础上,本文主要针对广西辉沸石的吸附和离子交换性能做了比较深入的研究。 针对辉沸石的吸附性能,本文讨论了它的加热活化方式,并与其酸浸泡活化方式进行了比较,其中以加热方式为佳。辉沸石最佳的活化与再生条件为200℃加热1h,经活化后其饱和吸水率约为12.4%。辉沸石的饱和吸水率受粒度和环境相对湿度的影响不大,经过再生后,其可以重复使用。预期辉沸石可以代替硅胶与活性炭作为吸附剂使用。 在室温下,广西辉沸石经不同浓度的酸碱溶液浸泡,再测定沸石的饱和吸水率,根据沸石吸附性能的变化,来判断辉沸石的耐酸碱性,其结果表明,室温下辉沸石的耐酸性:0.1~0.5NHCl浸泡24h后,沸石的结构不变,而同样条件下,4MHCl处理后,其结构完全破坏;其耐碱性:0.1~0.3MNaOH或浓氨水浸泡24h后,沸石的结构不变,而同样条件下,1MNaOH处理后,结构完全破坏。通过测定竞争阳离子对沸石铵交换容量的影响,可知一价、二价阳离子交换序列为:K~+Ag~+Na~+Li~+、Ba~(2+)Cu~2Sr~(2+)Ca~(2+)Zn~(2+)Mg~(2+),辉沸石对K~+、Ag~+有优先选择交换的性能。 广西辉沸石属于钙型沸石,CaO含量为8.8%。将沸石原矿改成钠型,有利于离子交换能力的提高,而离子交换能力的提高有赖于改型完全,改型完全可根据沸 广酉师范大学硕士论文:广百尽佛石的研兑 — — 石中钙溶出的情形来判断。本文讨论了改型剂和改型方式,以及时间、固液比、 “交换次数与粒度等因素对钙离子溶出的影响。将沸石原矿细化,再用氯化钠溶液 沸水浴力。热静态交换,可达到较好的改型效果。改型后,辉沸石的吸附性能和离 子交换性能都大大增强,例如,IQ00目沸石的吸水率由 9.88%升高到 16.0%,C.E.C 从1一5.6mmol/100g升高至22?.0mmol/1009。由此可见,改型沸石可广泛用作离子 交换剂。 辉沸石经改型处理后,交换上具有抗菌性能的金属离子 Cu’”和 Zn’”,可制备成 抗菌沸石。本文主要讨论了沸石粒度、反应温度、反应物用量与反应时间等因素 对沸石中金属离子含量的影响。粒度越小,反应温度越高,抗菌沸石的抗菌离子 含量也越高。抑茵试验表明,抗菌沸石的抗菌性能较好,沸石中的铜和锌对细菌 的抑制有协同效应。 总之,沸石原矿难以直接在工业上应用,广西辉沸石亦不例外。但将辉沸石加 热活化处理,其吸附性能大为改观,可代替硅胶与活性炭用作千燥剂和吸附剂; 将辉沸石改型处理,其离子交换性能大有提高,能广泛用作离子交换剂。
【学位授予单位】:广西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:O647.3

【引证文献】
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