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1、水热合成方沸石的研究摘要：本研究采用分析纯的化学品为原料，利用水热合成技术，研宄不同原料比，不同反应温度，不同反应时间对方沸石合成的影响，得到合成方沸石的最优条件，并对该条件下合成的方沸石样品进行形貌表征，热分析表征。关键词：方沸石；铯沸石；水热合成1概述方沸石的理想组成为NaAlSi206?H20,是一种常见的类长石矿物，具有高水热稳定性、高选择性和良好的离子交换性[1]。方沸石与铯沸石同被归类为沸石族，从结构和化学组成上看，方沸石与铯沸石构成类质同构系列，天然存在的铯沸石常与方沸石共生[2][3
2、],表现为Cs+Na+H20之间的相互取代。从铯沸石和方沸石地质演变上看，二者也冇密切关系[4][5],高温的早期原生铯沸石，随着熔体温度的降低，会向方沸石转化，最终演变成粘土矿物。由于方沸石与铯沸石在结构与组成上的相似性以及可以相互转化的关系，研究方沸石的水热合成对研究铯沸石的合成有着重要意义。此外，天然铯沸石被认为是方沸石与铯沸石的固溶体，而并非只含铯元素的理想的铯沸石[6],而目前人们尚不能将方沸石与铯沸石进行明显的区分，因此，本研究对方沸石的合成进行分析与表征，一方面为铯沸石合成研宄提供理论
3、基础，另一方面为区分方沸石和铯沸石结晶性质提供理论依据。2实验部分2.1实验材料无定形二氧化硅(AR)；氢氧化钠(AR)；铝粉(AR)；去离子水。2.2样品制备称取一定量氢氧化钠，溶丁30ml去离子水屮，制成相应浓度的氢氧化钠溶液，按照不同配比分别称取一定量无定形二氧化硅及铝粉，溶于氢氧化钠溶液中，调节原料中钠铝比1:1〜6:1，铝硅比1:1〜1:4,得到相应原料溶液。将其转移入聚四氟乙烯内衬中，组装好水热反应釜，将反应釜置于烘箱中，在不同温度(100〜220°C)下水热处理一定时间(0.5〜72h
4、)。将所得产物真空抽滤，用去离子水洗涤3次，置于80°C烘箱屮干燥24h,即得所需样品。2.3样品表征X射线衍射分析(RigakuUltimaIV,Cu,30mA,40KV,29为10°〜55°)；傅立叶变变红外光谱分析(EQUIN0X-55,测试范围为4000cm-卜400cm-l)；X射线荧光光谱分析(SRS3400型);同步热分析(TAQ600)；场发射环境扫描电镜(FEIQuanta200FEG,加速电压为500V_30kV)。3结果与讨论3.1方沸石的制备3.1.1Na/Al对方沸石合成的
5、影响方沸石(Analcime)的理想组成为NaAlSi206?H20,理论Na/Al/Si为1：1：2,为研究钠铝比(Na/Al)对方沸石合成的影响，固定Al/Si为1:2，改变Na/Al为1:1〜6:1，将不同配比的原料溶液置于200°C下反应12h,得到该组样品。不同Na/Al原料制得样品的XRD图谱见图1,红外图谱见图2。从图1可以看出，当钠铝比为化学计量比1:1时，产物XRD图谱未见明显衍射峰，为非晶态物质；当原料中钠铝比增加到2:1及3:1时，样品的XRD图谱屮出现较强的方沸石结晶衍射峰，
6、与此同时可观察到十分微弱的八面沸石衍射峰；随着钠铝比继续增大，八面沸石的衍射峰逐渐增强，方沸石的衍射峰逐渐减弱；当原料中钠铝比增大到6:1时，方沸石的衍射峰几乎完全消失，产物中只观察到八沸石晶体。图2结合图1进行分析，Na/Al为1:1的样品为含结构水的二氧化硅，在3500cm-l附近的宽峰表现为结构水的振动吸收峰，1000cm-l及720cm_l附近分别为二氧化硅中Si-0的伸缩振动及Si-0-Si的?？曲振动吸收峰。随着Na/Al升高，原料配比为2:1及3:1的样品的主要为方沸石伴随少量八面沸石
7、的杂质，样品在1000cm-l附近的振动吸收峰明显增强，而原料配比为4:1、5:1的样品主要表现为八面沸石伴随少量方沸石杂质，6:1的样品几乎为纯的八面沸石，这三个样品在1000cm-l附近的振动吸收峰要弱得多。所以在Na/Al为2:1及3:1可水热生成较纯的结晶性良好的方沸石晶体，从反应动力学角度考虑，为了保证反应快速充分地进行，选择Na/Al为3:1的配比进行以下的实验。2.1.2Al/Si对方沸石合成的影响在Na/Al为3:1的条件下，改变Al/Si为1:1〜1:4,将配置好的原料溶液置于20
8、(TC水热处理12h,得到该组样品。不同Al/Si原料制得样品的XRD图谱见图3，红外图谱见图4。由图3可以看出原料铝硅比为1:4和1:3的样品均生成了较纯的结晶性好的方沸石晶相，且二者在衍射峰强上没有明显区别，说明二者结晶度均较高；原料铝硅比为1:2的样品，生成了方沸石晶相，并观察到有八面沸石的衍射峰；原料铝硅比为1:1的样品的XRD图谱中只观察到方钠石品相。图4结合图3进行分析，Al/Si为1:1的样品为方钠石晶体，此原料配比氢氧化钠过量，结构中存在碱性的羟基，表
