[发明专利]一种连续化制备超细4A沸石的工艺及装置

说明书

本发明公开了一种连续化制备超细4A沸石的工艺及装置。在超重力因子为5‑150、5‑40℃下，将碱液、硅源及铝源按照摩尔比n(Na₂O):n(SiO₂):n(Al₂O₃):n(H₂O)=2.0‑3.4:1.6‑2.4:1:80‑180同步地连续加入超重力反应器中进行成胶，通过超重力反应器的循环冷却水控制温度；成胶物通过输送泵连续泵入管式连续晶化反应器进行晶化；然后晶化物通过输送泵连续泵入压滤机进行过滤，经洗涤、干燥后制得超细4A沸石；过滤后的母液和洗涤废液经提浓后回用于铝酸钠溶液配制。本发明可减小设备体积、大大提高反应速率、缩短生产周期、提高设备利用率、降低能耗，实现连续化生产。

技术领域

本发明涉及一种连续化制备超细4A沸石的工艺及装置，属于连续化制备沸石技术领域。

背景技术

4A沸石是一类具有均匀孔道结构的微孔晶体材料，因其独特的吸附性、共价载体性和化学可修饰性，在石油化工、洗涤助剂及环境保护等诸多领域有广泛应用。晶粒尺寸越小的4A沸石具有更大的外比表面积、更短的扩散距离以及更多暴露的活性中心，从而具有更好的催化、吸附和离子交换等效果。

目前，国内工业化4A型沸石产品的平均粒径在1-10μm之间，作为助剂添加到洗涤剂中不仅Ca²⁺交换速度慢，不能很好的软化水质而影响去污力，而且易沉积到衣物上，使衣服发硬。近年来，随着洗涤市场的变化，洗衣液已逐渐成为主流的洗涤剂产品，在洗衣液尤其是浓缩洗衣液中加入常规大粒径4A沸石，长时间放置会发生沉降，从而影响使用。若加入小粒径的4A沸石，使其悬浮于液体洗涤剂中，可解决上述问题。在聚氯乙烯（PVC）材料的加工过程中，4A沸石作为捕捉剂来捕捉PVC热分解产生的氯化氢，实验结果表明，不管是动态还是静态的小粒径4A沸石，其热稳定性能都要优于大粒径的4A沸石。因此，小粒径4A沸石产品具有广阔的市场应用前景。但是，若4A沸石的尺寸过小，达到纳米级，由于纳米粒子团簇严重，造成产品粒径分布不可控，便不具备工业化应用价值。而粒径为200-500nm的超细4A沸石一方面粒径较小，含有小粒径4A沸石的特性，同时又不容易团簇，在实际应用中具有广泛的应用前景。

关于小粒径4A沸石的制备报道有很多，在制备过程中加入有机模板剂是常用的方法之一，Schoeman B J (Zeolites, 1994(14):110-116)等向体系中加入四甲基氢氧化铵，使体系反应速度加快，减小了产品4A沸石的粒径。张威等（精细石油化工，2005，（1）：5-8）向体系中加入了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠，使4A沸石的晶化时间缩短，产物粒径减小。有机模板剂虽然可减小4A沸石产品的粒径，但价格较为昂贵，生产成本较高。微波和超声波等辅助手段也可使4A沸石晶化时间缩短，4A沸石粒度减小，粒径分布变窄（李金树等，光谱实验室，2001,18（3）：413-420；朱保安等，化工矿物与加工，2009，（7）:9-11），但由于微波、超声波设备的能耗较高，并且设备昂贵，所以多用于实验室研究，很少用于大规模生产应用。

国内工业化4A型沸石普遍采用间歇式生产方式，不仅设备投资大、占地面积多、生产周期较长、能耗高，而且产量低，产品质量不稳定。中国专利（CN1250691C）将调配好的稀铝酸钠溶液和稀水玻璃溶液同步加入开动机械搅拌装置的反应槽内，两种溶液在反应槽内连续地形成胶体，再通过输送泵连续地送入4A沸石结晶槽内，加入非晶态导向剂，加热、保温1.5-3.5小时后，进行固液分离、洗涤、烘干得到产品。该专利仅实现了4A沸石成胶过程的连续化，其晶化过程仍是间歇式过程，并没有实现整个制备过程的连续化生产。

发明内容

本发明旨在提供一种连续化制备粒径为200-500nm超细4A沸石的工艺及装置，设备占地面积小、反应速度快、能耗低，所得产品粒径小、粒度分布窄。