2.4 钠硅摩尔比

　　本实验将煤矸石与碱以不同的钠硅比(分别为2.0、2.4、2.6、2.8、3.0)配置混合，煅烧温度与煅烧时间仍然为在700℃下煅烧2h，将煅烧后的煤矸石萃取，萃取后的溶液经陈化24h后，晶化4h，表征。结果如表2-2所示。

　　表 2-2 钠 硅 摩 尔 比 对合 成 沸 石 的 影 响

　　Table2-2 Efect of Na2O/SiO2 mol ratio to samples

合成条件 晶化温度 90℃

Na2O/SiO2摩尔比 2.0 2.4 2.6 2.8 3.0

相对结晶度，% 85 87 90 88 83

　　由表2-2 可知，当碱浓度控制在在2.0mol/L时，Na2O/SiO2摩尔比在一定范围内(2.0~3.0)，对所得样品结晶度影响不大，但Na20/SiO2摩尔比在2.6后，其相对结晶度反而下降，这是因为，在硅铝一定的条件下，随Na2O/SiO2摩尔比的增加，体系的碱度增加，过高的碱度也不利于4A分子筛的合成，有可能发生转晶等变化，使结晶度下降。

　　2.5 水钠摩尔比

　　本实验是将适量煤矸石与碱混合，配比条件应满足硅铝比等于2，将混合后的原料在马弗炉中700℃煅烧2h，用适量水萃取，加入水的量应满足水钠比(50、60、70、80、100)，然后经萃取后的溶液陈化24h后再晶化4h，将得到的产品进行表征。

　　表 2-3 水钠摩尔比对合成沸石的影响

　　Table2-3 Efect of H20/Na2O mol ratio to samples

合成条件 晶化温度 90℃

H20/Na2O摩尔比 50 60 70 80 100

相对结晶度，% 82 87 91 94 89

　　如表2-3所示，水钠摩尔比逐渐增大，但相对结晶度是先增大后减小。在水钠比为80时结晶度最大。可见，碱度越大，晶化速度越快，但碱度过高，相对结晶度下降，且容易生成羟基方钠石;其它条件不变，随碱度增大，粒径先减小后增大说明需控制合适的碱度能合成较小粒度的产品;硅铝比越高，则晶化速度越慢;而晶化速度越快，则生成的分子筛的粒度也越小。

　　3 4A沸石的外貌及钙离子交换

　　3.1 扫描电镜表征

　　本实验使用JSM-6360LV扫描电子显微。工作条件：HV:20.00kv，WD：13.8136。结果如图3-1所示。

　　(a) (b)

　　(c) (d)

　　图3-1 扫描电镜对产品的形貌分析

　　Fig 3-1Scanning electron microscopy analysis of the morphology of products

　　图3-1是用扫描电镜对产品的形貌进行分析，图(a)和图(b)分别用1k和2k倍对产品的整体形貌进行分析，由图中可以看到，看到产品整体的粒度分布均匀，晶粒分布明显。

　　图(c)和图(d)分别是用5k和8k倍的扫描电镜对产品个体的形貌进行表征，从图中可以看出产品晶粒成规则的立方体状，晶界分布明显。

　　3.2 产品粒度分析

　　Mastersizer 2000激光粒度分析仪(样品的折射率为1.503，分散剂为水，分散剂的折射率为1.33，遮光比8.0%，超声时间设为5min。分析模式为rosin-ran)。结果所示如图3-2

　　图3-2产品的粒度分析

　　Fig.3-2 Particle size analysis products

　　图3-2是产品的粒度分析，产品特征参数为：D(4，3)：2.91μm D50：2.24 D(3，2)：1.13μm SSA：5.31m2kc D10：0.49 D25：1.08μm D75：4.04μm D90：6.27μm.

　　图中显示了产品粒度的微分分布，图中粒径在2~5μm达到了最大值，其中在这个范围内产品的数量达到了70%以上。

　　3.3 碱浓度对钙离子吸附的影响

　　合成4A沸石的硅铝比为2，因此在SiO2/Al2O3为2时，碱浓度在一定的范围内(1.6~2.5)对合成4A沸石的影响，本实验煅烧温度和煅烧时间分别为在700℃下煅烧2h，然后将萃取后的溶液陈化24h，晶化时间选为4h。钙离子交换随投碱量的变化如图3-3所示。

　　图3-3不同碱浓度对钙吸附值得影响

　　Fig.3-3 Ca2+ exchange capacity of products at different alkali amount

　　以不同的碱浓度得到的4A沸石产品中，随着投碱量的增加，所得产品的钙交换值提高，浓度为2.0时所得产品的钙交换值达到最大值，而后随着投碱比的增大，产品的钙交换值降低。产品的钙交换值已经达到行标QB/T 1768.2003中对洗涤剂用4A沸石钙交换能力的要求(洗涤剂用4A沸石钙交换能力应大于295 mg/g)。碱浓度大于2.0以后，产品钙交换值反而有所降低，可见以提高碱量的方法不可能继续无限制的提高所得产品的钙交换值。因此以碱浓度大于2.0制备产品意义不大。

　　3.4 钠硅摩尔比对钙离子吸附的影响

　　本实验设定将煤矸石与碱混合后配置不同的钠硅比(分别为2.2、2.4、2.6、2.8、3.0)，煅烧温度与煅烧时间仍然为在700℃下煅烧2h，将煅烧后的煤矸石萃取，萃取后的溶液经陈化24h后，晶化4h，表征。结果如图3-4所示。

　　图3-4不同钠硅摩尔比对钙吸附值得影响

　　Fig.3-4 Ca2+ exchange capacity ofproducts at different Na2O/SiO2

　　本文在钠硅摩尔比2.2~3.0之间进行讨论,钙离子吸附值在钠硅摩尔比为2.6左右时最大,然后逐渐向两边减小.在合成沸石的过程中碱一般用Na2O含量来表示,当Na2O/SiO2增大时，碱浓度会增大，而H2O/Na2O会减小，因此，4A分子筛中某一因素的变化也会引起其它因素对其钙离子吸附值的影响。

　　4 结论

　　1) 实验结果表明，以煤矸石制备4A沸石，技术可行，不仅利用了工业废物煤矸石，还可得到吸附性良好的4A沸石，从而有效的利用煤矸石，解决废渣污染，达到综合利用资源的目的。

　　2)煅烧温度、煅烧时间、碱浓度、硅钠摩尔比、水钠比、晶化时间都是影响4A沸石合成的重要因素。通过实验可得出工艺最优化参数是：煅烧温度700℃，煅烧2h，碱浓度为2.0mol/L,硅钠摩尔比是2.6，水纳比为80，最佳晶化时间为4h。通过优化可得出性能良好的4A沸石。

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