NaOH熔融－静态水热法对天然斜发沸石的改性开题报告

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1、开题报告NaOH熔融－静态水热法对天然斜发沸石的改性一、选题的背景、意义虽然我国拥有丰富的天然沸石资源，但是沸石矿的开发和利用还处于发展中的初级阶段。矿石主要用于水泥拌料、沸石碳铵复合肥料及饲料添加剂等6种产品，高产值的产品(应用于环保、轻化工等领域的产品)所占的比例太少，其采掘量与蕴藏量相比极不相称。所以，对于我国天然沸石的研究和开发势在必行。一般的天然沸石，如斜发沸石、丝光沸石等都具有较高的硅铝比和较高的水含量，表现出较弱的阴离子场强；另外，天然矿石中又含有大量的不具有离子交换性能的杂质，例如石英，所以天然沸石的CEC很低。

2、我们认为，过低的阳离子交换容量限制了它在某些方面的开发和应用，尤其是在高产值的环保领域。目前，天然沸石最常见的改性方法是加热活化和离子交换法，但是这两种方法不能去除杂质或改变沸石的骨架结构，因此对于离子交换性能的提高非常有限。本课题将使用NaOH熔融－静态水热法对缙云斜发沸石进行改性，此种方法需要分两步进行：首先让原料和NaOH固体按照一定的比例均匀混合，并且在高温下熔融；然后在熔融产物中加入适量的水，在高压反应釜中进行静态水热反应，得到最终产物。我们希望在某些特定的反应条件下，能得到低硅铝比的合成沸石，这样就能大幅度提高沸石的

3、阳离子交换容量。二、相关研究的最新成果及动态2.1沸石简介2.1.1沸石的结构沸石，又名泡沸石，是一种含结晶水的铝硅酸盐，它于l756年由瑞典矿物学家克郎斯特德在玄武岩中发现[1]。其化学通式为(Na，K)x·(Ca,Sr,Ba,Mg……)y·[Alx+2ySin-(x+2y)O2n]·mH2O。其中，x为碱金属离子个数，y为碱土金属离子个数，n表示硅铝原子个数之和，m表示水分子数。构成沸石骨架最基本的结构是硅氧硅氧（SiO4）四面体和铝氧（A1O4）四面体，四面体中心是硅（或铝）原子，每个硅（或铝）原子的周围有4个氧原子。在这

4、些四面体中，硅和铝都以高价氧化态的形式出现，采取sp3杂化轨道与氧原子成键。硅氧和铝氧四面体，可以通过顶点互相连接，形成各种各样的骨架结构。在这样的结构中，由于铝是正三价的，即铝氧四面体带有一个负电荷，因此需要有带正电荷的阳离子来中和（通常是碱金属或碱土金属离子），从而使沸石呈现电中性[2-3]。由上述形式构成的沸石分子筛具有如下特点：（1）在分子筛骨架结构中形成许多有规则的孔道和空腔。这些孔道和空腔在分子筛形成过程中充满着水分子和一些阳离子。其中水分子可以通过加热被驱除，形成有规则的孔道和空腔结构骨架，而阳离子则定位在孔道或空

5、腔中一定位置上。（2）在孔道和空腔中的阳离子是可以交换的。这些阳离子和铝硅酸盐结合相当弱，具有很大的流动性，极易和周围水溶液中的阳离子发生交换作用，交换后的沸石结构不被破坏。2.1.2沸石的性能（一）沸石的吸附性能沸石晶体内大量的空穴和孔道，使沸石具有很大的比表面积，加上特殊的分子结构而形成的较大静电引力，使沸石具有相当大的应力场。沸石内空穴和孔道一旦“空缺”，就会表现出对气体或液体很强的吸附能力。沸石吸附具有两个显著的特点，即选择性吸附和高效率吸附[4]。分子筛对分子的极性大小具有选择作用，极性越大越容易被极化的物质，就越容易

6、被吸附。沸石具有高效吸附性，对水、氨、二氧化碳等具有很强的亲合力，特别是对水，即使在低湿度和低浓度情况下，仍能强烈吸附[5]。（二）沸石的离子交换性能沸石的离子交换性能。沸石中K+、Na+、Ca2+等阳离子与结晶格架的结合不很紧密，具有在水溶液中与其他阳离子进行可逆交换的性质。交换后沸石品格结构并未被破坏，只是通过离子交换使得晶体结构内部的电场、比表面积等发生了某种变化。沸石的离子交换过程可用下面的方程式来表示：++（1）A是带电量为zA的阳离子，B为带电量为zB的阳离子，而s和z分别表示溶液和沸石。沸石离子交换性能的大小不仅与

7、沸石的种类有关，而且还与沸石的硅铝比值、品格中孔径大小、孔道疏通情况、阳离子的位置和性质以及交换过程中的温度、压力、离子浓度和pH值等诸多因素有关[6]。（三）沸石的离子催化性能沸石的表面积很大，其结晶骨架上和平衡离子上的电荷局部密度较高，并在骨架上出现酸性位置，使它具有固体酸性性质，是有效的固体催化剂和载体。沸石催化的许多反应属于正碳离子型，其显著特点是对许多反应都有催化活性。当某种反应物质寄附于沸石晶体内部的大孔穴表层时，其反应速度有所加快，且反应生成的新物质可从沸石内部扩散释放出来，而沸石本身的晶体格架不被破坏。工业生产中

8、，沸石常被作为催化剂载体，即将具有催化性能的金属元素，如稀土元素、银、铜、铂、钯等，通过某种工艺使其进入沸石晶体内部制成相应的催化剂，加以利用[1]。沸石除具有上述性能外，还具有良好的热稳定性和耐酸性。2.2沸石的改性2.2.1非骨架元素改性（一）水溶液中离子交