Verfahren und Eigenschaften der Herstellung von Zeolith-Molekularsieb aus natürlichem Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Ton

Zeolith-Molekularsieb ist eine Art Aluminosilikatkristall mit regelmäßiger Porenstruktur, der in der Gasadsorptionstrennung, der industriellen Katalyse, der Bekämpfung der Schwermetallionenverschmutzung und anderen Bereichen weit verbreitet ist. Bei der hydrothermalen Synthese herkömmlicher Zeolith-Molekularsiebe werden häufig chemische Produkte mit Silizium und Aluminium sowie organische Schablonen als Rohstoffe verwendet, was nicht nur teuer ist, sondern auch die Umwelt belastet.
In den letzten Jahren, mit der Popularisierung des Konzepts der "grünen chemischen Industrie", haben natürliche Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Tone wie Kaolin, Montmorillonit, Rektorit und Illit die Vorteile von reichlich vorhandenen Reserven und niedrigen Preisen. Es hat ein großes Potenzial gezeigt, und seine Synthesemethoden umfassen hauptsächlich die Seed-Methode, die dampfunterstützte Festphasenmethode und die lösungsmittelfreie Methode.
1. Saatgutmethode
Da Holmes et al. über die Herstellung von hochreinem ZSM-5-Molekularsieb mit natürlichem Kaolin als Siliziumquelle und kommerziellem Molekularsieb als Impfkristall berichteten, kann die Impfkristallmethode die Syntheseinduktionszeit stark verkürzen und die Bildung und Regulation von Heterokristallen hemmen. Hervorragende Effekte wie die Korngröße sowie die Eigenschaften des grünen Syntheseprozesses, die einfache und bequeme Bedienung, das Fehlen eines organischen Vorlagenwirkstoffs für die Synthese und die starke Reduzierung der Produktionskosten sind heute zu einem der repräsentativen Wege für die grüne Synthese von Zeolith-Molekularsieben geworden.
Der Mechanismus der Synthese von Zeolith-Molekularsieben auf Tonbasis durch Impfkristalle neigt zum Flüssigphasensynthesemechanismus, dh Zeolithsamen werden im frühen Stadium der Kristallisation teilweise gelöst, um kleine Fragmente mit der primären Einheitsstruktur von Zeolith-Molekularsieben zu bilden; Gleichzeitig werden sie durch natürlichen Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Ton aktiviert Die erzeugten aktiven Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Spezies werden gelöst-polykondensiert, um Aluminosilika-Gel zu bilden, das allmählich die Impfkristallfragmente umhüllt und unter der strukturellen Führung des Impfkristalls kristallisiert, um eine Schalenstruktur mit dem Impfkristall als Kern zu bilden. Mit der Verlängerung der Kristallisationszeit erzeugt das amorphe Aluminatgel allmählich primäre Molekularsiebstruktureinheiten, die durch Kondensationspolymerisation von der Schale zum Kern abgeschieden werden und schließlich die durch Tondepolymerisation gebildeten aktiven geomineralischen Polymere umwandeln. Werden Sie ein Zeolith-Molekularsieb.
​​
2. Festphasensyntheseverfahren
Das Merkmal dieser Technologie ist, dass der Rohstoff für die Synthese von Zeolith-Molekularsieb in die Dampfphase des Reaktionslösungsmittels und des strukturlenkenden Mittels für die Kristallisationssynthese unter Verwendung des Abstandshalters gegeben wird. Im Vergleich zum traditionellen hydrothermalen Syntheseverfahren wurde das Festphasensynthesesystem in den letzten Jahren von Forschern häufig für ZSM-5 bei der Synthese von Zeolithen wie SSZ-13 und SAPO-34 eingesetzt.
Der Kristallisationsprozess von Zeolith-Molekularsieben auf Basis von natürlichem Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Ton, die mit Festphasensynthesetechnologie hergestellt werden, entspricht eher dem zweiphasigen Kristallisationsmechanismus zwischen Festphasen- und Flüssigphasensynthese. Das heißt, in der Anfangsphase der Kristallisation von synthetischen Festphasen-Zeolith-Molekularsieben wird der natürliche Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Ton unter der doppelten Wirkung von Wasserdampf und starken alkalischen Hydroxidionen, die an die Oberfläche des festen Rohstoffs gebunden sind, gelöst, und es werden aktive Silizium- und Aluminiumspezies erzeugt. und übernahm die Führung bei der Kristallisation in Zeolith-Molekularsiebkristallite. Mit der Verlängerung der Kristallisationszeit absorbieren Zeolithkristallite aktivere Silizium- und Aluminiumspezies aus ihrer Umgebung und wachsen allmählich nach dem Oswald-Mechanismus unter der Wirkung von Na + und strukturleitenden Mitteln. In der Dampfumgebung werden der Stoffaustausch und die Wärmeübertragung der aktiven Silizium- und Aluminiumspezies in der Umgebung des Kristallkerns stark erhöht, was nicht nur die Aktivität der Oberfläche des Geopolymers verringert, sondern auch die organische Schablone leicht an der Oberfläche des festen Rohstoffs befestigt. Es fördert auch die weitere Depolymerisation und Umlagerung von geomineralischen Polymeren und beschleunigt dadurch die Wachstumsrate von Kristallen.
Obwohl die Herstellung von Zeolith-Molekularsieben auf Tonbasis durch Festphasensynthesetechnologie die grünen Syntheseeigenschaften einer großen Menge synthetischer Lösungsmittel überwindet, ist der eigentliche Synthesevorgang zu umständlich, der Druck im System ist während der Kristallisation zu groß und die Syntheseprodukte werden gemischt. Eine Reihe praktischer Probleme kann noch immer nicht industriell angewendet werden.
​​
3. Lösungsmittelfreie Methode
Um die Probleme einer großen Menge an alkalischer Lösungsentladung zur Verschmutzung der Umwelt, der geringen Ausbeute pro Kessel und des hohen Drucks des Synthesesystems aufgrund der Verwendung von Lösungsmittelwasser bei der traditionellen Synthese von Zeolith-Molekularsieben zu überwinden, entstand die Technologie der lösungsmittelfreien Synthese von zeolithbasierten Zeolith-Molekularsieben. Da die lösungsmittelfreie Synthese von Zeolith-Molekularsieb zur Wechselwirkung zwischen Feststoff und Festkörper gehört, wird im Syntheseprozess kein Lösungsmittel zugesetzt, so dass das Problem der Lösungsmittelentladung und des Synthesedrucks, das durch die Zeolithproduktion verursacht wird, vollständig beseitigt wird.
Gegenwärtig wird angenommen, dass die lösungsmittelfreie Synthese von zeolithbasierten Zeolith-Molekularsieben auf Tonbasis einem festen Phasenübergangsmechanismus folgt. Das heißt, im Prozess der Zeolithkristallisation durchläuft es vier Stufen der Diffusion, Reaktion, Keimbildung und des Wachstums. Der Unterschied zur hydrothermalen Impfkristallsynthese und der dampfunterstützten Festphasensynthese besteht darin, dass bei der lösemittelfreien Synthese von Zeolith-Molekularsieben weder die Auflösung von Festphasenrohstoffen noch die direkte Beteiligung der flüssigen Phase an der Molekularsiebkeimbildung und dem Kristallwachstum stattfindet. Im Prozess der Zeolithsynthese kann die Verlängerung der Schleifzeit und die Erhöhung der Schleiffestigkeit nicht nur die Wahrscheinlichkeit eines intermolekularen Kontakts erhöhen, der der spontanen Diffusion von Molekülen förderlich ist, sondern auch die freie Oberflächenenergie der Reaktionskomponenten erhöhen, wodurch die gesamte freie Energie der Zeolithsynthese erhöht wird. Zweck. Während des Kristallisationsprozesses, abhängig von den reichlich vorhandenen Hohlräumen und Konzentrationsgradientenunterschieden zwischen den Phasengrenzflächen, polymerisieren sich die aktiven Silizium- und Aluminiumspezies, die durch die Aktivierung und Depolymerisation von natürlichen Silico-Aluminiumoxid-Tonen erzeugt werden, allmählich zu einem primären "Kristallkern" und dann kontinuierlich Polykondensation, Kondensation bilden und schließlich zu Molekularsieb-Einkristallen verbinden.