Verfahren und Eigenschaften der Herstellung von Zeolith-Molekularsieb aus natürlichem Silicoalumineszenz-Ton
Zeolith-Molekularsieb ist eine Art Silicoaluminat-Kristall mit regelmäßiger Porenstruktur. Es ist weit verbreitet in den Bereichen Gasadsorption und -trennung, industrielle Katalyse, Bekämpfung der Schwermetallionenverschmutzung und so weiter. Die traditionelle hydrothermale Synthese von Zeolith-Molekularsieb nimmt oft chemische Produkte, die Silizium und Aluminium enthalten, und organische Schablonen als Rohstoffe, was nicht nur teuer ist, sondern auch die Umwelt belastet.
In den letzten Jahren, mit der Popularität des Konzepts der "grünen chemischen Industrie", haben natürliche Aluminosilikatentone wie Kaolin, Montmorillonit, Rektorit und Illit aufgrund ihrer reichen Reserven und niedrigen Preise ein großes Potenzial als Rohstoffe für die Synthese von Zeolith-Molekularsieben gezeigt. Ihre Syntheseverfahren 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 Kristallsamen berichteten, hat die Kristallsamenmethode die Produktionskosten stark reduziert, da sie die Syntheseinduktionszeit stark verkürzen, die Bildung von Hybridkristallen hemmen und die Korngröße sowie die Eigenschaften des grünen Syntheseprozesses regulieren kann. einfache und bequeme Bedienung und keine organische Vorlage, Es ist zu einem der repräsentativen Routen des grünen synthetischen Zeolith-Molekularsiebs geworden.
Der Mechanismus der Synthese von Zeolith-Molekularsieb auf Tonbasis durch die Seed-Methode neigt zum Flüssigphasensynthese-Mechanismus, dh der Zeolith-Samen wird im frühen Stadium der Kristallisation teilweise gelöst, um kleine Fragmente mit der primären Einheitsstruktur des Zeolith-Molekularsiebs zu bilden; Gleichzeitig umhüllt das Aluminosilikatengel, das durch die Auflösung von Polykondensat der aktiven Aluminosilikatspezies gebildet wird, die durch die Aktivierung von natürlichem Aluminosilikat-Ton erzeugt wird, die Samenfragmente allmählich und kristallisiert unter der Strukturführung des Samens, um eine Schalenstruktur mit dem Samen als Kern zu bilden. Mit der Verlängerung der Kristallisationszeit erzeugt das amorphe Aluminatgel allmählich primäre Molekularsiebstruktureinheiten, die sich durch Konzentrationspolymerisation von Schale zu Kern ablagern und schließlich das aktive geologische und mineralische Polymer, das durch Tondepolymerisation gebildet wird, in Zeolith-Molekularsieb umwandeln.
2. Quasi-Festphasen-Kombinationsmethode
Die Technologie zeichnet sich dadurch aus, dass der Abstandshalter verwendet wird, um das Rohmaterial für die Synthese von Zeolith-Molekularsieb in der Dampfphase von Reaktionslösungsmittel und Strukturleitmittel zu kristallisieren. Im Vergleich zum traditionellen hydrothermalen Syntheseverfahren wurde das Quasi-Festphasensynthesesystem in den letzten Jahren bei der Synthese von ZSM-5, SSZ-13, SAPO-34 und anderen Zeolithen aufgrund seiner Vorteile wie weniger Schablonenmenge, Wassereinsparung und Eliminierung der Trennschritte zwischen Produkten und Mutterlauge weit verbreitet.
Der Kristallisationsprozess von Zeolith auf Basis von natürlichem Siliciumdioxid-Aluminiumoxidton, der durch Quasi-Festphasensynthesetechnologie hergestellt wird, entspricht eher dem Zweiphasen-Kristallisationsmechanismus zwischen Festphasen- und Flüssigphasensynthese. Das heißt, im frühen Stadium der Kristallisation von festphasensynthetischem Zeolith-Molekularsieb löst sich natürlicher Silicoalumineszenz-Ton unter der doppelten Wirkung von Wasserdampf und starken alkalischen Hydroxidionen, die an die Oberfläche fester Rohstoffe gebunden sind, erzeugt aktive Silizium- und Aluminiumspezies und übernimmt die Führung bei der Kristallisation in Zeolith-Molekularsieb-Mikrokristalle. Mit der Verlängerung der Kristallisationszeit absorbieren ZEOLITH CRYSTALLITES aktivere Silizium- und Aluminiumspezies aus ihrer Umgebung und wachsen allmählich nach dem Oswald-Mechanismus unter der Wirkung von Na + und Strukturleitmittel. In der Dampfumgebung sind die Stoffübertragung und Wärmeübertragung von aktiven Silizium- und Aluminiumspezies in der Umgebung des Kristallkerns stark erhöht, was nicht nur die Aktivität der Oberfläche von Geopolymer verringert und die organische Schablone leicht an der Oberfläche fester Rohstoffe haften lässt, sondern auch die weitere Depolymerisation und Umlagerung von Geopolymer fördert. Dadurch wird die Wachstumsrate von Kristall beschleunigt.
Obwohl die Herstellung von Zeolith-Molekularsieb auf Tonbasis durch festphasenähnliche Synthesetechnologie die grünen Syntheseeigenschaften einer großen Anzahl synthetischer Lösungsmittel überwindet, kann es aufgrund einer Reihe praktischer Probleme, wie z. B. umständlicher Synthesebetrieb, übermäßiger Druck im System während der Kristallisation und Verunreinigung synthetischer Produkte, immer noch nicht industrialisiert werden.
3. Lösungsmittelfreie Methode
Um die Probleme des großen Austrags alkalischer Lösungen, der Umweltverschmutzung, der geringen Ausbeute eines einzelnen Kessels und des hohen Drucks des Synthesesystems, die durch die Verwendung von Lösungsmittelwasser bei der traditionellen Synthese von Zeolith-Molekularsieb verursacht werden, zu überwinden, entstand die Technologie der lösungsmittelfreien Synthese von Zeolith-Molekularsieb auf Tonbasis. Da die lösungsmittelfreie Synthese von Zeolith-Molekularsieb zur Wechselwirkung zwischen Festkörper und Festkörper gehört und in seinem Syntheseprozess keine Lösungsmittelzugabe erfolgt, sind die durch die Zeolithproduktion verursachten Probleme der Lösungsmittelemission und des Synthesedrucks vollständig beseitigt.
Gegenwärtig wird angenommen, dass die lösungsmittelfreie Synthese von zeolith-Molekularsieb auf Tonbasis dem Festkörper-Transformationsmechanismus folgt. Das heißt, die Bildung der Zeolithkristallisation sollte vier Stufen durchlaufen: Diffusion, Reaktion, Keimbildung und Wachstum. Im Gegensatz zur hydrothermalen Saatgutsynthese und der dampfgestützten Festphasensynthese gibt es weder die Auflösung von Festphasenrohstoffen noch die direkte Beteiligung der flüssigen Phase an der Keimbildung und dem Kristallwachstum von Zeolith im Prozess der lösungsmittelfreien Synthese. Im Prozess der Zeolithsynthese kann die Verlängerung der Schleifzeit und die Stärkung der Schleifkraft nicht nur die Möglichkeit des intermolekularen Kontakts erhöhen und die spontane Diffusion von Molekülen erleichtern, sondern auch die freie Oberflächenenergie von Reaktionskomponenten erhöhen, um die gesamte freie Energie der Zeolithsynthese zu erhöhen. Im Kristallisationsprozess polymerisieren die aktiven Silizium- und Aluminiumspezies, die durch die Aktivierung und Depolymerisation von natürlichem Silicoalumineszenzton erzeugt werden, in Abhängigkeit von den reichen Hohlräumen und der Konzentrationsgradientendifferenz zwischen den Phasengrenzflächen und bilden allmählich einen primären "Kristallkern", und dann werden sie weiterhin polykondensiert, kondensiert und schließlich zu Molekularsieb-Einkristallen verbunden.
In den letzten Jahren, mit der Popularität des Konzepts der "grünen chemischen Industrie", haben natürliche Aluminosilikatentone wie Kaolin, Montmorillonit, Rektorit und Illit aufgrund ihrer reichen Reserven und niedrigen Preise ein großes Potenzial als Rohstoffe für die Synthese von Zeolith-Molekularsieben gezeigt. Ihre Syntheseverfahren 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 Kristallsamen berichteten, hat die Kristallsamenmethode die Produktionskosten stark reduziert, da sie die Syntheseinduktionszeit stark verkürzen, die Bildung von Hybridkristallen hemmen und die Korngröße sowie die Eigenschaften des grünen Syntheseprozesses regulieren kann. einfache und bequeme Bedienung und keine organische Vorlage, Es ist zu einem der repräsentativen Routen des grünen synthetischen Zeolith-Molekularsiebs geworden.
Der Mechanismus der Synthese von Zeolith-Molekularsieb auf Tonbasis durch die Seed-Methode neigt zum Flüssigphasensynthese-Mechanismus, dh der Zeolith-Samen wird im frühen Stadium der Kristallisation teilweise gelöst, um kleine Fragmente mit der primären Einheitsstruktur des Zeolith-Molekularsiebs zu bilden; Gleichzeitig umhüllt das Aluminosilikatengel, das durch die Auflösung von Polykondensat der aktiven Aluminosilikatspezies gebildet wird, die durch die Aktivierung von natürlichem Aluminosilikat-Ton erzeugt wird, die Samenfragmente allmählich und kristallisiert unter der Strukturführung des Samens, um eine Schalenstruktur mit dem Samen als Kern zu bilden. Mit der Verlängerung der Kristallisationszeit erzeugt das amorphe Aluminatgel allmählich primäre Molekularsiebstruktureinheiten, die sich durch Konzentrationspolymerisation von Schale zu Kern ablagern und schließlich das aktive geologische und mineralische Polymer, das durch Tondepolymerisation gebildet wird, in Zeolith-Molekularsieb umwandeln.
2. Quasi-Festphasen-Kombinationsmethode
Die Technologie zeichnet sich dadurch aus, dass der Abstandshalter verwendet wird, um das Rohmaterial für die Synthese von Zeolith-Molekularsieb in der Dampfphase von Reaktionslösungsmittel und Strukturleitmittel zu kristallisieren. Im Vergleich zum traditionellen hydrothermalen Syntheseverfahren wurde das Quasi-Festphasensynthesesystem in den letzten Jahren bei der Synthese von ZSM-5, SSZ-13, SAPO-34 und anderen Zeolithen aufgrund seiner Vorteile wie weniger Schablonenmenge, Wassereinsparung und Eliminierung der Trennschritte zwischen Produkten und Mutterlauge weit verbreitet.
Der Kristallisationsprozess von Zeolith auf Basis von natürlichem Siliciumdioxid-Aluminiumoxidton, der durch Quasi-Festphasensynthesetechnologie hergestellt wird, entspricht eher dem Zweiphasen-Kristallisationsmechanismus zwischen Festphasen- und Flüssigphasensynthese. Das heißt, im frühen Stadium der Kristallisation von festphasensynthetischem Zeolith-Molekularsieb löst sich natürlicher Silicoalumineszenz-Ton unter der doppelten Wirkung von Wasserdampf und starken alkalischen Hydroxidionen, die an die Oberfläche fester Rohstoffe gebunden sind, erzeugt aktive Silizium- und Aluminiumspezies und übernimmt die Führung bei der Kristallisation in Zeolith-Molekularsieb-Mikrokristalle. Mit der Verlängerung der Kristallisationszeit absorbieren ZEOLITH CRYSTALLITES aktivere Silizium- und Aluminiumspezies aus ihrer Umgebung und wachsen allmählich nach dem Oswald-Mechanismus unter der Wirkung von Na + und Strukturleitmittel. In der Dampfumgebung sind die Stoffübertragung und Wärmeübertragung von aktiven Silizium- und Aluminiumspezies in der Umgebung des Kristallkerns stark erhöht, was nicht nur die Aktivität der Oberfläche von Geopolymer verringert und die organische Schablone leicht an der Oberfläche fester Rohstoffe haften lässt, sondern auch die weitere Depolymerisation und Umlagerung von Geopolymer fördert. Dadurch wird die Wachstumsrate von Kristall beschleunigt.
Obwohl die Herstellung von Zeolith-Molekularsieb auf Tonbasis durch festphasenähnliche Synthesetechnologie die grünen Syntheseeigenschaften einer großen Anzahl synthetischer Lösungsmittel überwindet, kann es aufgrund einer Reihe praktischer Probleme, wie z. B. umständlicher Synthesebetrieb, übermäßiger Druck im System während der Kristallisation und Verunreinigung synthetischer Produkte, immer noch nicht industrialisiert werden.
3. Lösungsmittelfreie Methode
Um die Probleme des großen Austrags alkalischer Lösungen, der Umweltverschmutzung, der geringen Ausbeute eines einzelnen Kessels und des hohen Drucks des Synthesesystems, die durch die Verwendung von Lösungsmittelwasser bei der traditionellen Synthese von Zeolith-Molekularsieb verursacht werden, zu überwinden, entstand die Technologie der lösungsmittelfreien Synthese von Zeolith-Molekularsieb auf Tonbasis. Da die lösungsmittelfreie Synthese von Zeolith-Molekularsieb zur Wechselwirkung zwischen Festkörper und Festkörper gehört und in seinem Syntheseprozess keine Lösungsmittelzugabe erfolgt, sind die durch die Zeolithproduktion verursachten Probleme der Lösungsmittelemission und des Synthesedrucks vollständig beseitigt.
Gegenwärtig wird angenommen, dass die lösungsmittelfreie Synthese von zeolith-Molekularsieb auf Tonbasis dem Festkörper-Transformationsmechanismus folgt. Das heißt, die Bildung der Zeolithkristallisation sollte vier Stufen durchlaufen: Diffusion, Reaktion, Keimbildung und Wachstum. Im Gegensatz zur hydrothermalen Saatgutsynthese und der dampfgestützten Festphasensynthese gibt es weder die Auflösung von Festphasenrohstoffen noch die direkte Beteiligung der flüssigen Phase an der Keimbildung und dem Kristallwachstum von Zeolith im Prozess der lösungsmittelfreien Synthese. Im Prozess der Zeolithsynthese kann die Verlängerung der Schleifzeit und die Stärkung der Schleifkraft nicht nur die Möglichkeit des intermolekularen Kontakts erhöhen und die spontane Diffusion von Molekülen erleichtern, sondern auch die freie Oberflächenenergie von Reaktionskomponenten erhöhen, um die gesamte freie Energie der Zeolithsynthese zu erhöhen. Im Kristallisationsprozess polymerisieren die aktiven Silizium- und Aluminiumspezies, die durch die Aktivierung und Depolymerisation von natürlichem Silicoalumineszenzton erzeugt werden, in Abhängigkeit von den reichen Hohlräumen und der Konzentrationsgradientendifferenz zwischen den Phasengrenzflächen und bilden allmählich einen primären "Kristallkern", und dann werden sie weiterhin polykondensiert, kondensiert und schließlich zu Molekularsieb-Einkristallen verbunden.