一种煤系高岭土插层复合物制备钠沸石的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤系高岭土领域，尤其与一种煤系高岭土插层复合物制备钠沸石的方法。
【背景技术】
[0002]煤系高岭土在我国分布广泛，贮量丰富，质量优良，成矿类型时代及成因类型多，具有极高的开发和利用价值。煤系高岭岩的主要矿物是高岭石，高岭石的晶体结构为典型的1:1型二八面体层状硅酸盐结构，其基本层状结构是由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体通过共同的氧互相连接形成的一个晶层单元，在硅氧四面体和铝氧八面体组成的单元层中，四面体的边缘是氧原子，而八面体的边缘是氢氧基团，单元层与单元层之间通过氢键相互连接。钠沸石是沸石的一类，为含水的钠的铝硅酸盐矿物，化学成分为Na2Al2Si301(].2Η20，某些Κ和Ca可以取代Na。沸石骨架结构中含有四、五、六、八、十或十二个四面体构成的环面，形成一定大小的孔洞及管道，使得加热脱水处理过的沸石能选择性的吸附大小适当的分子，因此沸石又称为“分子筛”。传统的合成沸石的工艺主要依靠水玻璃、偏铝酸钠和硫酸铝，虽然纯度较高，但是催化性能不稳定，况且成本较大。
[0003]高岭石合成沸石机理大体可以归纳为:焙烧的高岭土在碱性溶液的作用下分解，形成硅酸根离子和铝酸根离子，并相互交联形成硅铝酸根及硅铝酸盐胶体(也有不经过成胶阶段直接晶化一说)，当硅铝酸盐体系的浓度达到分子筛的饱和浓度时，溶液中开始形成晶核，并不断生长出分子筛晶体。现有国内研究者秦永宁、吴杰等通过对比试验得出最佳工艺条件为:高岭土在700°C焙烧lh得到焙烧高岭土，按照Na20:Si02= 1.8，H 20:Na20 =30的比例将焙烧高岭土，NaOH，去离子水混合，剧烈搅拌升温到61°C，保持1.5h，室温老化24h，升温到95°C，调整到中等搅拌速度，保持4h。经过反复抽滤，洗涤，至PH= 11，120°C干燥2h，得到钠沸石。以上制备工艺复杂而繁琐，温度、pH、时间等控制相对苛刻，很容易出现偏差从而影响钠沸石的生成。
【发明内容】
[0004]本发明的目的旨在克服现有的煤系高岭土制备钠沸石存在的工艺复杂、钠沸石生成质量不高等问题，提供一种操作简单、流程控制相对容易的煤系高岭土制备钠沸石的方法。
[0005]为此，本发明采用以下技术方案:
[0006]—种煤系高岭土插层复合物制备钠沸石的方法，其特征是，包括以下步骤:
[0007]步骤1、将煤系高岭土粉碎；
[0008]步骤2、将质量分数为30%的醋酸钾溶液与粉碎后的高岭土按质量比为10:1混合，在室温下磁力搅拌3?4天；
[0009]步骤3、将搅拌后的产物进行过滤、洗涤、离心处理；
[0010]步骤4、将离心后的产物放在电热鼓风干燥箱干燥24h ;
[0011]步骤5、将风干后的产物放入马弗炉中升温到800°C恒温4h后在自然条件下冷却，钠沸石存在于热解产物中。
[0012]使用本发明可以达到以下有益效果:本发明制作工艺简单、操作方便且容易控制，通过醋酸钾与高岭土的复合物高温相变，从而制备钠沸石。本发明相对于现有的钠沸石制作工艺相对简单、工艺流程明显简化，且容易控制，生成的钠沸石质量远高于现有的钠沸石制作工艺。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的复合物在马弗炉中高温相变阶段及化学反应示意图。
[0014]图2为本发明的复合物在马弗炉中各温度阶段复合物XRD图谱。
[0015]图3为不同质量分数的醋酸钾溶液对高岭石插层的XRD图谱
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。
[0017]实施例:如图1?图3所示，本发明包括以下步骤:
[0018]步骤1、将煤系高岭土粉碎；
[0019]步骤2、将质量分数为30%的醋酸钾溶液与粉碎后的高岭土按质量比为10:1混合，在室温下磁力搅拌3?4天；
[0020]步骤3、将搅拌后的产物进行过滤、洗涤、离心处理；
[0021]步骤4、将离心后的产物放在电热鼓风干燥箱干燥24h ;
[0022]步骤5、将风干后的产物放入马弗炉中升温到800°C恒温4h后在自然条件下冷却，钠沸石存在于热解产物中，在整个煅烧复合物过程中，合成钠沸石的X射线衍射(XRD)图谱和拉曼光谱图谱如图1所示。本发明的基本原理是高岭石/醋酸钾插层复合物的高温相变，具体各阶段反应如图2所示。
[0023]本发明关于醋酸钾质量分数选取为30%的原理如下:
[0024]插层前后层间距的变化是评价插层效果的主要方法之一。从图3(图3中a—纯高岭石XRD图谱山一浓度为5%的醋酸钾溶液对高岭石插层的XRD图谱；c—浓度为15%的醋酸钾溶液对高岭石插层的XRD图谱；(1一浓度为30 %的醋酸钾溶液对高岭石插层的XRD图谱；e—浓度为50%的醋酸钾溶液对高岭石插层的XRD图谱；)可以看出，高岭石经过醋酸钾插层后，层间距从0.718nm扩大至1.428nm，表明醋酸钾分子已经进入高岭石层间，且随着醋酸钾浓度的增大，醋酸钾浓度越高进入高岭石层间的分子越容易，插层率也随之增大。然而插层率在醋酸钾浓度高于30%以后将不会发生明显增长，从绿色化学的观点考虑，30%可作为插层效果最好浓度。
[0025]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种煤系高岭土插层复合物制备钠沸石的方法，其特征在于:所述的煤系高岭土插层复合物制备钠沸石的方法包括以下步骤: 步骤1、将煤系高岭土粉碎； 步骤2、将质量分数为30%的醋酸钾溶液与粉碎后的高岭土按质量比为10:1混合，在室温下磁力搅拌3?4天； 步骤3、将搅拌后的产物进行过滤、洗涤、离心处理； 步骤4、将离心后的产物放在电热鼓风干燥箱干燥24h ; 步骤5、将风干后的产物放入马弗炉中升温到800°C恒温4h后在自然条件下冷却，钠沸石存在于热解产物中。
【专利摘要】本发明公开了一种煤系高岭土插层复合物制备钠沸石的方法，属于煤系高岭土领域。本发明包括以下步骤：将煤系高岭土粉碎；将质量分数为30％的醋酸钾溶液与粉碎后的高岭土按质量比为10:1混合，在室温下磁力搅拌3～4天；将搅拌后的产物进行过滤、洗涤、离心处理；将离心后的产物放在电热鼓风干燥箱干燥24h；将风干后的产物放入马弗炉中升温到800℃恒温4h后在自然条件下冷却，钠沸石存在于热解产物中。本发明制作工艺简单、操作方便且容易控制，通过醋酸钾与高岭土的复合物高温相变，从而制备钠沸石。本发明相对于现有的钠沸石制作工艺相对简单、工艺流程明显简化，且容易控制，生成的钠沸石质量远高于现有的钠沸石制作工艺。
【IPC分类】C01B39/52
【公开号】CN105271301
【申请号】CN201510795951
【发明人】程宏飞, 周熠, 徐培杰
【申请人】中国矿业大学(北京)
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月18日