偏高岭土地质聚合物凝胶转化法制备低硅铝比沸石分子筛

摘要

地质聚合物是利用天然材料（如偏高岭土、矿渣等）合成的无机铝硅酸盐聚合物，其基本结构是硅氧四面体和铝氧四面体通过共用氧原子而连接起来的三维网状结构。由于其原材料来源广泛，无污染，价格成本低，节能，耐酸耐碱等优点，广泛应用于防火材料、热防护材料、装饰石材、基建修补、铸造应用等方面。根据文献报道发现，地质聚合物中存在类沸石结构，在一定晶化条件下地质聚合物可以转化为沸石分子筛。
　　本论文利用偏高岭土和工业级水玻璃为原料制备了一系列Na2O-XSiO2-Al2O3地质聚合物材料（X为2.4到4），设置一定的实验条件转化为沸石分子筛。研究发现，当X为3.0时，在一定的晶化条件下，Na2O-3.0SiO2-Al2O3地质聚合物材料可以转化为具有三明治结构的沸石分子筛;当X为4时，在一定的晶化条件下，Na2O-4SiO2-Al2O3地质聚合物材料可以转化为ZSM-20沸石分子筛。实验中利用XRD、SEM、BET、XRF等手段，对地质聚合物原位转化沸石分子筛的微观形貌、相组成、比表面积等进行了研究，确定了地质聚合物转化三明治结构沸石分子筛和ZSM-20沸石分子筛的最佳工艺参数。实验的主要结论如下:
　　(1)地质聚合物原位转化制备分子筛比较重要的的影响因素包括:反应体系中活性硅铝含量、硅铝比、碱度、水热温度以及水热时间。在反应体系中，当活性硅铝含量较少时，难以成核形成晶体结构。硅铝比的不同，可以在一定程度上决定所形成分子筛的类型。碱作为反应体系的激发剂，会影响原料在合成体系中的分布以及聚合态。水热温度以及水热时间，是地质聚合物反应转化为沸石分子筛过程中作为提供能量的重要因素。在水热过程中，只有提供了充足的能量后才可以使地质聚合物转化为沸石分子筛。
　　(2)利用Na2O-3.0SiO2-Al2O3地质聚合物材料转化合成三明治结构沸石分子筛的最佳合成工艺条件为:水热温度180℃、水热时间10 h、陈化温度60℃、陈化时间3d、水玻璃模数1.0、水钠比9.5。三明治结构沸石分子筛形成的主要原因是由于地质聚合物膜片本身具有一定的厚度，在养护和水热过程中，膜片内外物质组分含量不同，导致膜片本身内外晶化的先后顺序不一致，从而形成了特有的三明治结构。
　　(3)利用Na2O-4SiO2-Al2O3地质聚合物材料转化为ZSM-20沸石分子筛的最佳合成工艺条件为:水热温度140℃、水热时间10h、陈化温度40℃、陈化时间3d、水玻璃模数1.1、水钠比7.5。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 引言

1．1 研究背景和意义

1．2 研究内容

第二章 文献综述

2．1 地质聚合物

2．1．1 地质聚合物的概念和发展史

2．1．2 地质聚合物的结构和反应机理

2．1．3 影响地质聚合物反应的因素

2．1．4 地质聚合物材料的优异性能

2．1．5 地质聚合物的应用领域

2．2 沸石分子筛

2．2．1 沸石分子筛的概念

2．2．2 分子筛的结构单元

2．2．3 分子筛的制备方法

2．2．4 制备分子筛的影响因素

2．2．5 分子筛的生成过程与晶化机理

2．2．6 地质聚合物与沸石的关系

第三章 偏高岭土地质聚合物原位水热法转化低硅沸石探究

3．1 实验原料

3．1．1 偏高岭土

3．1．2 改性水玻璃

3．1．3 实验设备

3．1．4 制备工艺流程

3．1．5 制备低硅铝比沸石分子筛配方

3．1．6 本实验所用的表征方法

3．2 结果与分析

3．2．1 硅铝比为1．2条件下合成的低硅铝比的沸石分子筛

3．2．2 硅铝比为1．5条件下合成的低硅铝比的沸石分子筛

3．2．3 硅铝比为1．7条件下合成的低硅铝比的沸石分子筛

3．2．4 硅铝比为2．0条件下合成的低硅铝比的沸石分子筛

3．3 本章小结

第四章 地质聚合物转化制备三明治结构沸石分子筛工艺研究

4．1 实验部分

4．1．1 三明治结构沸石分子筛制备工艺流程

4．1．2 原料和实验仪器

4．1．3 三明治结构沸石分子筛合成工艺条件的设计

4．1．4 三明治结构沸石分子筛晶体测试与表征

4．2 结果与分析

4．2．1 XRD数据结果分析

4．2．2 扫描电镜结果分析

4．2．3 N2吸附结果分析

4．2．4 X射线荧光光谱分析、线扫描分析和母液中Na+含量变化结果分析

4．3 本章小结

第五章 地质聚合物转化制备ZSM-20沸石分子筛工艺研究

5．1 实验部分

5．1．1 ZSM-20沸石分子筛制备工艺流程

5．1．2 原料与实验仪器

5．1．3 ZSM-20沸石分子筛合成工艺的设计

5．1．4 ZSM-20晶体测试与表征

5．2 结果与分析

5．2．1 不同养护时间对合成ZSM-20沸石分子筛晶型的影响

5．2．2 不同养护温度对合成ZSM-20沸石分子筛晶型的影响

5．2．3 不同水热温度对合成ZSM-20沸石分子筛晶型的影响

5．2．4 不同水热时间对合成ZSM-20分子筛晶型的影响

5．2．5 碱度对合成ZSM-20分子筛晶型的影响

5．2．6 地质聚合物合成ZSM-20扫描电镜图

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望与建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文