凹凸棒土合成方钠石分子筛及对铬的吸附效果研究

李红玑　李宁　吴喜勇　陈立军

摘 要：在分子筛合成方法中，以廉价矿土的水热合成法，因其成本低、操作简单，在近些年的研究中倍受青睐。而沸石分子筛因其孔道发达，吸附和催化性能独特，被广泛应用于化工、环保、水处理等领域。以凹凸棒土为原料，经改性提纯后，按一定比例用水热合成法合成方钠石分子筛，并研究其对铬的吸附性能，该分子筛的吸附容量为5.6 mg/g，吸附效率在8 h达89.5%。

关 键 词：凹凸棒土；水热合成；方钠石分子筛；吸附；铬

中图分类号：TQ 703.5 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）09-2124-04

Abstract： In the synthesis methods of molecular sieve， the hydrothermal synthesis method with low cost and simple operation is very popular in the resent years. Because of its developed pore， unique adsorption and catalysis characteristics， the zeolite has been widely used in chemical industry， environmental protection， water treatment and other fields. In this study， using attapulgite as raw material， sodalite was synthesized by the hydrothermal synthesis method， and the adsorption effect of the sodalite to chromium was studied. The results show that adsorption capacity of the sodalite zeolite is 5.6 mg/g， the adsorption efficiency can reach to 89.5% in 8h.

Key words： attapulgite； hydrothermal synthesis； sodalite； adsorption； chromium.

沸石分子筛的名称很多，通常叫做沸石、分子筛、晶体铝硅酸盐等[1]，因结构中铝硅酸盐阴离子骨架使其具有特定的“筛”的性质，从而构成了独特的吸附性、催化性以及特殊的离子交换性[2，3]。沸石晶体内强大库仑场和极性作用以及高的表面酸性，形成了沸石强的吸附能力和高效的碳离子型催化活性[4-6]。合成沸石分子筛的方法主要是水热合成法、非水合成法、蒸汽相合成法、纯固体配料合成法以及微波合成法，其中水热合成法中的半合成法主要以天然铝硅酸盐岩石或工业废渣为原料[7-9]，经过一定的除杂以及预活化和成分调节处理，再进行碱溶，加入晶体导向剂，最后可以结晶出沸石晶体[11-15]。目前较为成熟的工艺是以高岭土、蒙脱石为原料合成沸石[16-18]。作为具有与高岭土具有相似结构的廉价凹凸棒土，介绍合成沸石分子筛的研究较少[19-21]。本文即以链层状结构的含水镁铝硅酸盐矿物—凹凸棒土为主要硅铝来源，合成沸石分子筛中的方钠石，并对铬的吸附性能进行研究。

1 实验部分

1.1 实验仪器

紫外可见分光光度计UV757CRT、电子天平AL204、pH计DELTA320、马弗炉XL-100、多头磁力加热搅拌器HJ-4A、循环多用真空泵SHB-3、真空干燥箱DZF-6030、万用电炉0～1 000 W、电热恒温鼓风干燥箱DHG-9023A、水热合成反应釜PTFE。

1.2 实验药品

氯化钠、偏铝酸钠、氢氟酸、氟化钠、30%过氧化氢、甲酚红、氢氧化钠、酚酞、DL-酒石酸、盐酸、氯化钾、氯化锌、二甲酚橙、高氯酸、草酸、氢氧化铝、乙二胺四乙酸二钠、无水乙醇（95%）、氟化钾、氨水、冰醋酸、无水乙酸钠、 硫酸锌、硝酸、重铬酸钾。

1.3 实验方法

1.3.1 凹凸棒土提纯

将一定量的凹凸棒土至于800 ℃马弗炉内煅烧处理，取其煅烧后土样经一定量的盐酸浸渍1 h除杂，抽滤，用纯水洗至中性，备用。

1.3.2 初始凝胶配置

按固液比1∶4将上述提纯后的凹凸棒土移入5 mol/L氢氧化钠溶液中，磁力加热搅拌2 h，后抽滤，得到含硅酸钠的碱性溶液；将碱性溶液与一定量的偏铝酸钠、氢氧化钠和去离子水按照1∶3∶1.2∶10∶150比例混合，均匀搅拌2 h，得到初始凝胶。

1.3.3 晶化反应

将沸石合成初始凝胶移至水热晶化反应釜中，一定温度下水热晶化一定时间，得白色晶体，抽滤、水洗、干燥后得方钠石分子筛。

2 实验结果与讨论

通过对廉价凹凸棒土提纯改性，得到含硅、铝含量较高结构塌陷的凹凸棒石，经氟硅酸钾容量法测定其硅含量为68.91%，EDTA容量法测定Al3+含量为12.1%。

采用水热合成法合成沸石分子筛，考虑硅铝比、碱硅比、晶化温度、晶化时间等四个因素对方钠石分子筛结晶度的影响，结晶度计算公式按（1），主要结果如下：

结晶度=（Va-V）/（Va-Vc）×100% （1）

其中：Va—完全无定形聚合物的比容；

Vc—完全结晶聚合物的比容；

V —试样的比容（比容为密度的倒数）。

2.1 Si/Al比对方钠石分子筛结晶度的影响

在研究Si/Al比对方钠石分子筛结晶度影响时，确定Na/Si比为1∶4，水热合成晶化反应温度为90℃，晶化反应时间为24h，在此条件下Si/Al比分别为1.1∶1、1.5∶1、1.7∶1、2.0∶1、2.2∶1、2.3∶1、2.6∶1、2.9∶1，其不同Si/Al比所得方钠石分子筛结晶度如图1所示。

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