水热法合成沸石的x射线衍射分析

水热法合成沸石的x射线衍射分析

当发电过程中产生的碳粉时，它会被生成一个飞灰，里面充满大量的sio。粉煤灰合成沸石的方法有很多种，由最开始的一步水热合成法、两步水热合成法逐渐衍生为碱熔融水热合成法、微波辅助加热法、晶种诱导水热法、碱熔融超临界水热合成法、添加空间位阻剂法、超声波法等本文将国内外3个不同产地的粉煤灰通过水热合成法得到粉煤灰基沸石，经阅读大量关于水热法合成沸石的文献1材料和方法1.1x射线衍射分析xrd所用实验器材：CM-230超纯水机，AUW220D电子天平，SHZ-D(III)循环水式真空泵，HJ4A数显多头磁力恒温搅拌器，STA449C德国耐驰同步热分析仪，FEIQuanta25美国场发射扫描电子显微镜，ZSXPrimusⅡX射线荧光光谱仪，岛津XRD-7000X射线衍射仪。1.2化热电公司粉煤灰实验共选用3种粉煤灰原料，分别是：国家能源集团康平发电有限公司粉煤灰、中国石油锦西石化热电公司粉煤灰及日本爱媛县某电厂粉煤灰。三种粉煤灰内部的硅铝总含量分别达84.09%、86.65%、89.04%；各粉煤灰具体成分见表1，主要差异为日本爱媛县粉煤灰除利于沸石合成的硅铝元素外，其他杂质成分较少，而康平和中石化粉煤灰原料中含有5%~7%的Fe1.3沸石的制备使用超纯水与实验室用NaOH（分析纯）颗粒调制成3.5mol/L的碱液，将预处理后的粉煤灰（44μm）与碱液按照固液比1:8的比例充分混合制成浆液，具体步骤为：室温下，将20g粉煤灰加入到160mL碱液中，向碱液中边加入粉煤灰边搅拌一定时间，直至获得均匀的料浆，随后将获得的料浆放入带有回流冷凝器的锥形瓶内，并放置于磁力恒温搅拌器上，120℃下油浴搅拌24h，最终得到沸石样品，抽滤、干燥、研磨后完成沸石的制备。2合成沸腾石的性能2.1沸石矿物成分分析本实验采用的是由日本岛津公司生产的岛津XRD-7000型X射线衍射仪。通过分析XRD测试结果可以确定不同合成条件下制备的沸石产品的具体矿物成分。测试条件为Cu2.2合成沸石的硅铝元素摩尔质量比表2展现了三种粉煤灰合成沸石后具体成分上的差异，由表中数据可知，康平粉煤灰合成沸石的硅铝元素摩尔质量比为1.61，中石化灰合成沸石硅铝元素摩尔质量比为1.35，日本爱媛县灰合成沸石硅铝元素摩尔质量比为1.45。以往的观点是：不同硅铝比的粉煤灰可以合成不同类型的沸石。如果是纯相合成P型分子筛，硅铝元素比应在1.25~1.5之间，本实验中硅铝比为1.61的粉煤灰出现P型，硅铝比为1.45的粉煤灰既出现P型又出现A型，由此可见，硅铝比不是决定分子筛类型的唯一因素，还可能与碱溶液中溶解的硅酸根、铝酸根离子和与粉煤灰碱浸渣的结合程度及溶液pH值、反应温度等因素有关。2.3沸石的热稳定性热重曲线可以看出在程序控温下样品的质量随温度变化及参比物和样品温差随温度变化的情况。本实验的热重测试条件为：测试温度30~1000℃、升温速度10℃/min、保护气为Ar气。三个沸石样品的TG曲线上，均在100~400℃间出现大量质量损失，500℃以上几乎没有质量损失。曲线呈下降趋势是因为随着温度的升高，样品内部存在的水分被蒸发、样品内残余的气体被排出，但三个样品的质量分数均只减少自身的14%~16%，可见合成沸石具有较好的热稳定性。DTA曲线上可明显展现沸石内水分变化情况，三个样品均在150℃附近出现很强的吸热峰，且30~100℃之间属于沸石结晶前含有的水分变化，150℃附近是沸石内部较大孔的结合水变化，200℃附近是沸石内部小的毛细孔的结合水变化；图4、图5、图6主要区别在于，图6的DTA曲线在950℃附近出现明显放热峰，这是因为随着温度的升高沸石晶型向莫来石相转变。而图4、图5中并没有此峰值，可能是因为沸石样品合成后需用去离子水反复洗涤，洗涤并未彻底，使得很多盐分残留在沸石表面，因此即使温度达到950℃也很难发生相变，遂图像上并未出现相应的放热峰。2.4合成沸石表面形貌图7、图8、图9分别是康平粉煤灰合成沸石、锦西中石化粉煤灰合成沸石、日本爱媛县粉煤灰合成沸石的SEM图像。从图7左侧图片可以清晰地看出沸石样品呈现出非球型的形貌，有轻微的团聚现象，右侧图片可以看到合成沸石表面存在大小不一的片状纹理，与粉煤灰原料相比，这极大地增加了样品的比表面积；从图8左侧图片可见，沸石样品的团聚现象与图7相比有所减轻，这可能与最后得到沸石样品需要经历研磨这一步骤有关，由于没有精准控制研磨时间、力度，样品内晶粒极小的部分颗粒容易产生团聚现象。从右侧图片可以看到，合成沸石表面呈现出“玫瑰花”状细条纹，这同样可增加比表面积，使得制备出的样品无论是在作为吸附材料的吸附能力上，还是在作为催化剂载体的负载能力上均显著增强；从图9中的两个图片可以看出，合成沸石的粒径均一、形状亦非球型，具有较好的结晶状态，表明沸石合成得比较理想。3沸石的合成工艺见图1通过对粉煤灰基沸石进行系列表征后，从制备成本及产品品质两方面分析发现粉煤灰基沸石商业化具有巨大的潜力。首先从制备成本上讲，粉煤灰是极易获得的原材料，市场上粉煤灰的价格为20~200元/t，对其进行高值利用不仅减少了我国固废的堆存量，也响应了国家“变废为宝”的号召。采用的方法为水热合成法，步骤简单、易操作，相比微波辅助、晶种诱导等方法成本更为低廉。其次从产品品质上讲，由原材料制备沸石的转化率为80%~90%，转化率十分可观，且通过系列表征发现合成的沸石呈现出晶型完整、结晶度良好、热稳定性高且具有较大的比表面积等特点，符合目前对于人造沸石的基本要求。特别地，目前沸石产品被广泛作为吸附剂、催化剂载体材料，用于处理废气、废水等环保方面，若是能将粉煤灰基沸石产品合理的投入到该领域，也会拥有很大的市场空间，具有巨大的商业化潜力。4沸石的表征（1）过筛处理后的3种粉煤灰与3.5mol/L的NaOH碱液按照固液比1:8，水热24h后均能得到粉煤灰基沸石产品。（2）沸石样品经过系列表征表明合成的样品中有明显的沸石相，主要是