[发明专利]一种4A型沸石的合成方法

说明书

【技术领域】

本发明属于具有分子筛特性的无机化合物技术领域，涉及一种4A型沸石的合成方法，特别涉及一种用石英砂为硅源合成4A型沸石的方法。

【背景技术】

4A型沸石是人工合成的一种沸石材料，其组成为Na₁₂Al₁₂Si₁₂O₄₈·27H₂O，属立方晶系，孔径约为0.4nm。4A型沸石在多个领域都有着重要的应用：以4A型沸石为助剂的洗涤用品具有无磷、无化学污染、无残留、去污能力强的特点，在洗涤行业有着非常广泛和重要的应用；在催化行业，4A型沸石被广泛的应用于石油裂解反应中；在气体分离行业，4A型沸石被用于制备高纯气体的吸附剂。

目前合成4A型沸石的原料来源主要有两类：一是化学原料，主要是硅酸钠、铝酸钠和氢氧化钠；二是天然矿物原料，如高岭土、膨润土、煤矸石或天然红辉沸石等。化学原料法生产4A型沸石的工艺成熟，方法简单，但原料成本特别是硅源成本很高，经济效益差，不适宜于大规模的工业生产。天然矿物法合成得到的沸石分子筛原料成本低廉，但是由于天然矿物原料纯度有限，制备方法复杂，同时得到的产品质量也较差。

【发明内容】

本发明的目的就是为了解决上述的技术问题，提出了采用价格低廉，但SiO₂含量较高的石英砂作为硅源合成4A型沸石的方法。石英砂的主要成分是二氧化硅，含量可达99.5％以上，而且价格便宜，以石英砂为硅源合成4A型沸石不仅原料成本低廉，而且工艺简单，得到产品质量高，有利于大规模的工业化生产。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供一种4A型沸石的合成方法，该方法采用主要成分为氧化硅的天然矿石为硅源，合成步骤包括：用强碱溶液在150℃～250℃和1～2MPa条件下将硅源中的氧化硅活化；制得含有SiO₂、Al₂O₃、Na₂O和H₂O的晶化混合料，并使得SiO₂、Al₂O₃、Na₂O和H₂O的摩尔比为1.8～2.2∶1∶(3～4)∶(90～200)；将晶化混合料进行水热晶化合成4A型沸石。

该方法的合成步骤如下：

将主要成分为氧化硅的天然矿石、氢氧化钠和水按照重量比为1∶1.8～2.9∶2～8的比例装入密封反应装置中，在150℃～250℃下反应2～8小时，制得含活性氧化硅的碱液；

将适量的铝源溶入水中制得含铝的溶液；

将适量的含活性氧化硅的碱液加入含铝的溶液中，使混合料中SiO₂、Al₂O₃、Na₂O和H₂O的摩尔比为1.8～2.2∶1∶(3～4)∶(90～200)，搅拌均匀制得晶化混合料；

将晶化混合料移入反应釜中于80℃～120℃晶化1～8小时，然后过滤、水洗、干燥得到4A型沸石。

该方法更进一步的具体步骤如下：

将主要成分为氧化硅的天然矿石、氢氧化钠和水按照重量比为1∶1.8～2.9∶2～8的比例装入高压反应釜中，启动搅拌使转速为200～400转/分钟，升温至150℃～250℃，继续搅拌反应2～8小时，停止加热，通冷却水使釜内温度降至40～50℃后停止搅拌，制得含活性氧化硅的碱液；

将适量的铝源溶入水中制得含铝的溶液；

在搅拌条件下将适量的含活性氧化硅的溶液加入含铝的溶液中，使混合料中SiO₂、Al₂O₃、Na₂O和H₂O的摩尔比为1.8～2.2∶1∶(3～4)∶(90～200)，继续搅拌20～40分钟制得晶化混合料；

将晶化混合料移入反应釜中，启动搅拌使转速为100～300转/分钟，并且升温至80℃～120℃晶化1～8小时，停止加热后冷却至40℃～60℃后停止搅拌，然后过滤、水洗、干燥得到4A型沸石。

该方法采用的另一种合成步骤如下：

将主要成分为氧化硅的天然矿石、氢氧化钠和水按照重量比为1∶1～2.9∶2～8的比例装入密封反应装置中，在150℃～250℃下反应2～8小时，制得含活性氧化硅的碱液；

将适量的铝源和氢氧化钠溶入水中制得含铝的碱性溶液；