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全微波法快速节能合成Ln-4A沸石分子筛及表格征
全微波法快速节能合成Ln-4A沸石分子筛及表征 作者:麦灏昕 指导老师:张迈生副教授 一、前言 (一)4A沸石合成的发展现状 (二)研究的目的意义 用全微波法更快速节能合成4A沸石 掺入稀土离子作为导向剂代替传统的导向剂 研究掺入稀土离子对结晶度和结晶速度的影响 研究掺入不同稀土离子对结晶度和结晶速度的影响 二、全微波法合成4A沸石分子筛 (一)原料 稀土离子的配比 用锥形瓶A按上述比例,改变稀土离子的用量,粗略合成,用XRD检测结晶度 由图可见,掺入Y3+离子的物质的量在0.09mmol~1.1mmol最合适 (二)合成步骤 三、性质表征 XRD IR SEM 钙离子交换能力 (一)XRD 1、4A沸石分子筛标准图谱 2、Y系列 Y系列XRD检测结果 掺入重稀土离子的结晶速度比不掺稀土的样品稍快 对比掺重稀土和不掺稀土离子样品的最佳晶型,掺入稀土离子显著提高结晶度 3、Gd系列 固定用锥形瓶C,微波加热时间分别取40min,43min,46min,49min,53min。 不掺稀土重复上述实验,微波加热时间取46min 掺Y重复实验,微波加热时间取46min,51min,53min XRD图谱结果如下: Gd系列XRD检测结果 掺Gd的样品结晶度比微波加热相同时间不掺稀土离子样品的结晶度好 掺Gd的样品结晶速度比掺Y样品的结晶速度快 掺Gd的样品的最佳结晶度和掺Y样品的最佳结晶度相当 4、Ce系列 固定用锥形瓶C,微波加热时间分别取25min,30min,33min,35min,40min。 XRD图谱结果如下: Ce系列XRD检测结果 结晶速度明显比Y系列和Gd系列快 最佳结晶度与两个系列相当 最佳结晶时间范围比两个系列宽 (二)IR检测 (三)SEM检测 SEM检测结果 4A沸石晶体形貌是立方体型,加热时间过短程絮状,加热时间过长程溶解状 不掺稀土离子的样品的晶型程不规则形状 4A沸石在结晶过程中出现球形过渡态(Ce系列) (四)钙离子交换能力 (五)总结 四、结果讨论 微波合成能提高反应速度,高效节能 掺入稀土离子作为导向剂能促进反应进行,提高结晶度 掺入稀土离子以0.1mmol为宜 掺入的稀土离子随着原子系数减少,样品最佳结晶时间缩短,最佳结晶时间范围增加 反应方程 五、结论 本实验首次在微波场作用下合成了Ln(Ce3+、Gd3+、Y3+)-4A沸石。 本实验证明了全微波合成比常规水热法快速节能 本实验证明了掺入稀土离子能提高反应速度,提高结晶度 五、结论 本实验提出掺入轻、中、重稀土离子对结晶情况的影响:结晶速度随着稀土离子原子系数的减少而增加,最佳结晶时间范围随着稀土离子原子系数减少而增加 本实验发现了微波场中在不同锥形瓶中结晶时间不同发现了在不同锥形瓶中结晶时间不同。 致谢 《中华人民共和国行业标准-洗涤剂用4A沸石》(QB1768-93) 与XRD结果比较,进一步验证XRD结论 在不掺稀土离子时,反应方程如下: 2[Al2O3·SiO2]+4NaOH+H2O 2[Na2O·Al2O3·2SiO2 ·4.5H2O] 掺入稀土离子时,稀土离子发生如下反应: xLn2(SO4)3+yNa2SO4+zH2O xLn2(SO4)3·yNa2SO4·zH2O (x,y,z通常是1,1,2或1,1,4) 复盐xLn2(SO4)3·yNa2SO4·zH2O不溶于过量的Na2SO4,但在NaOH作用下则会转化为氢氧化物。 Ln2(SO4)3·Na2SO4+6NaOH 2Ln(OH)3 ↓+4Na2SO4 * * 由于三聚磷酸钠(STPP) 作为洗涤剂的助剂会引起严重的环境问题,现在公认4A沸石分子筛是良好的代替品。 常规合成步骤:1、高温活化(800~850℃ ,2h)2、结晶阶段(90℃左右 ,6h)3、晶体导向剂(全合成法合成4A沸石 ) 优缺点:优点:结晶时间容易控制,外界条件波动影响不大;缺点:时间太长,耗能耗时,操作复杂。 越来越多的研究表明,使用微波作为反应手段能大大加速化学反应速度,因此,在能源短缺的今天,用全微波法代替传统水热法合成4A沸石十分重要 微波活化的高岭土 NaOH固体 无水Na2SO4固体 Gd(NO3)3固体 Ycl3固体 Ce(NO3)3固体 4g活化高岭土 Na2SO4 蒸馏水 充分搅拌 0.1mmol稀土离子 NaOH 蒸馏水 充分搅拌 微波加热 改变微波加热时间,研究不同的加热时间对结晶度的影响 掺入不同的稀土离子,研究稀土离子对结晶速度,结晶度的影响 本实验采用日本理学D/MAX-3B型X射线衍射仪测
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