一種水熱合成方沸石單晶的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于天然礦物的人工合成【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種立方晶系方沸石單晶的合成方法。其特征在于技術(shù)方案包括以下步驟：(1)硅酸鈉溶液的制備：3.865g固體NaOH溶于160mL蒸餾水后加入1.201g的Si粉，水浴90℃反應(yīng)5h；(2)偏鋁酸鈉溶液的制備：1.947g固體NaOH溶于50mL蒸餾水后加入0.576g的Al粉，室溫條件充分反應(yīng)；(3)前驅(qū)體的制備：將上述溶液分別過濾后混合攪拌，微波加熱攪拌反應(yīng)0.5h；(4)將前驅(qū)體置于高壓釜中，200℃恒溫反應(yīng)3至6d；(5)產(chǎn)物經(jīng)蒸餾水洗滌至中性并烘干，即可獲得大小約為120μm方沸石單晶。
【專利說明】一種水熱合成方沸石單晶的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天然礦物的人工合成【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及方沸石單晶的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]方沸石(analcime)是一類重要的礦產(chǎn)資源，是一種常見的似長石礦物，具有獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和晶體化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致其在催化、吸附、離子交換等方面的特殊性能。方沸石作為沸石族礦物的一種，是各國十分重視的新型礦產(chǎn)資源。各國專家普遍認為方沸石開發(fā)利用領(lǐng)域非常廣闊，市場潛在價值巨大。為深入開發(fā)方沸石在催化、吸附、離子交換方面的特殊用途，有必要深入研究其晶體結(jié)構(gòu)、晶體化學(xué)、吸附行為等基礎(chǔ)物理化學(xué)性質(zhì)。鑒于天然方沸石礦物有雜質(zhì)含量高、晶體結(jié)構(gòu)不完整、不具代表性等不足，人工合成的方沸石完美晶體更具有普適性。因此采用簡單實用方法來制備純度高、顆粒大的方沸石單晶仍是分子篩研究領(lǐng)域具有挑戰(zhàn)性的研究課題。
[0003]現(xiàn)有方沸石單晶的制備具有成本高、耗能大、晶體結(jié)構(gòu)不完整等不足。如美國《美國化學(xué)會雜志》(Journal of the American Chemical Society 2007, 129, 13305-13312)報道了利用水熱法制備出了立方晶系四角三八面體方沸石晶體。該方法制備過程中不僅需要加入表面活性劑，原料昂貴、過程復(fù)雜、需要較高的成本，而且水熱反應(yīng)結(jié)束后對產(chǎn)物550°C煅燒耗能也較大。用此方法制備出的單晶約為50 Mffl，顆粒較小。美國《材料科學(xué)與工程》(Materials Science and Engineering 1999, B60, 163-167)報道了在水熱溫度300 °C，水熱時間42 d條件下制備出立方相方沸石晶體，粒度介于500nm-10Mm之間。該方法所需反應(yīng)時間較長反應(yīng)溫度較高對反應(yīng)設(shè)備要求高耗能大。德國《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition 1999, 38, 2725-2727)報道了水熱溫度200 °C時間31 d制備出3 mm方沸石單晶，顆粒隨大，但需添加有機試劑和氟化物，同樣有制備時間長、耗能高的缺點。因此，探索一種過程簡單、耗能較低、方沸石晶體的合成方法有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種純相立方晶系方沸石(NaAlSi2O6-H2O)的合成方法，該技術(shù)方法工藝簡單，合成原料成本較低，合成在溫和條件下就能完成，并且利用硅粉、鋁粉和氫氧化鈉制備的方沸石限制其它雜質(zhì)的引入，純度高，應(yīng)能滿足行業(yè)要求。
[0005]本發(fā)明一種立方晶系方沸石單晶的合成方法，其特征在于:(I)、硅酸鈉溶液的制備:3.865 g固體NaOH溶于160 mL蒸餾水后放入燒杯中，加入1.201 g的Si粉，同時水浴溫度90 °C的條件下攪拌反應(yīng)5 h使其完全反應(yīng)。(2)、偏鋁酸鈉溶液的制備:1.947 g固體NaOH溶解于50 mL蒸餾水后放入燒杯中，加入0.576 g的Al粉，攪拌室溫條件下反應(yīng)。
(3)、前驅(qū)體的制備:將硅酸鈉溶液與偏鋁酸鈉溶液分別用濾紙過濾然后攪拌混合，然后微波功率700 W溫度90 °C充分攪拌條件下加熱0.5 h反應(yīng)得到前驅(qū)體為白色凝膠。(4)、取步驟(3)所得凝膠加入到高壓釜中，填充率為70%，在200 °C的溫度下恒溫反應(yīng)3至6 d。
[5]、反應(yīng)結(jié)束后，離心過濾，并用水洗滌至中性；在80°C恒溫干燥箱中烘干12 h，即可獲得大小約為120 Mm的方沸石單晶。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備方沸石單晶的方法，未使用有機模板劑，所得產(chǎn)物物相單純，反應(yīng)簡單易控；該方法是低溫反應(yīng)，反應(yīng)條件溫和。并且利用廉價硅粉、鋁粉和氫氧化鈉制備的方沸石降低原材料價格限制其它雜質(zhì)的引入。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明實施實例I產(chǎn)物的XRD圖譜。
[0008](a)為實施例1的XRD圖譜；(b)為方沸石的標準XRD圖譜(JCPDS card n0.70-1575)
圖2為本發(fā)明實施例1產(chǎn)物中單晶顆粒的顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0009]實施例1:
稱取3.865 g固體NaOH溶于160 mL蒸餾水后放入燒杯中，同時加入1.201 g的Si粉，水浴溫度90 °C的條件下攪拌反應(yīng)5 h得到硅酸鈉溶液；稱取1.947 g固體NaOH溶解于50mL蒸餾水后放入燒杯中，加入0.576 g的Al粉，攪拌室溫條件下反應(yīng)得到偏鋁酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液與偏鋁酸鈉溶液分別用濾紙過濾然后攪拌混合，然后微波功率700 W溫度90°C充分攪拌條件下加熱0.5 h反應(yīng)得到前驅(qū)體為白色凝膠；取上述步驟所得前驅(qū)體凝膠加入到高壓釜中，填充率為70%，在200 °C的溫度下恒溫反應(yīng)3 d;反應(yīng)結(jié)束后，離心過濾，并用水洗滌至中性；在80 °C恒溫干燥箱中烘干12 h，即可獲得方沸石單晶。
[0010]步驟中所述的恒溫反應(yīng)是將反應(yīng)釜置于能精確控溫的烘箱，或者將反應(yīng)釜置于能精確控溫的電阻爐中。
[0011]產(chǎn)物物相用X-射線粉末衍射(XRD)進行測試，儀器型號為Bruker D8 F0CUS，X-射線源為Cu-Ka輻射(λ=1.5418Α)，掃描角度范圍2Θ為10°~80°之間。
[0012]圖1為X-射線粉末衍射譜圖。產(chǎn)物的衍射峰均與立方相方沸石吻合(JCPDS N0.70-1575)。
[0013]圖2為產(chǎn)物的顯微鏡照片，證明產(chǎn)物為透明狀單晶，大小約為120 Mm。
[0014]實施例2:
稱取3.865 g固體NaOH溶于160 mL蒸餾水后放入燒杯中，同時加入1.201 g的Si粉，水浴溫度90 °C的條件下攪拌反應(yīng)5 h得到硅酸鈉溶液；稱取1.947 g固體NaOH溶解于50mL蒸餾水后放入燒杯中，加入0.576 g的Al粉，攪拌室溫條件下反應(yīng)得到偏鋁酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液與偏鋁酸鈉溶液分別用濾紙過濾然后攪拌混合，然后微波功率700 W溫度90°C充分攪拌條件下加熱0.5 h反應(yīng)得到前驅(qū)體為白色凝膠；取上述步驟所得前驅(qū)體凝膠加入到高壓釜中，填充率為70%，在200 °C的溫度下恒溫反應(yīng)6 d;反應(yīng)結(jié)束后，離心過濾，并用水洗滌至中性；在80 °C恒溫干燥箱中烘干12 h，即可獲得方沸石單晶。
【權(quán)利要求】
1.一種立方晶系方沸石單晶的合成方法，其特征在于技術(shù)方案包括以下步驟:(1)娃酸鈉溶液的制備:3.865 g固體NaOH溶于160 mL蒸懼水后放入燒杯中，加入1.201 g的Si粉，同時水浴溫度90 °C的條件下攪拌反應(yīng)5 h使其完全反應(yīng)； (2)偏鋁酸鈉溶液的制備:1.947 g固體NaOH溶解于50 mL蒸餾水后放入燒杯中，加入0.576 g Al粉，攪拌室溫條件下反應(yīng)； (3)前驅(qū)體的制備:將硅酸鈉溶液與偏鋁酸鈉溶液分別用濾紙過濾然后攪拌混合，然后微波功率700 W溫度90 °C充分攪拌條件下加熱0.5 h反應(yīng)得到前驅(qū)體為白色凝膠； (4)取步驟(3)所得凝膠加入到高壓釜中，填充率為70%，在200°C的溫度下恒溫反應(yīng)3 至 6 d ; (5)反應(yīng)結(jié)束后，離心過濾，并用水洗滌至中性；在80°C恒溫干燥箱中烘干12 h，即可獲得方沸石單晶。
2.本發(fā)明的反應(yīng)原料為Si粉Al粉和NaOH。
3.本發(fā)明所述步驟(3)中的加熱方式為微波加熱所用功率700W溫度901:充分攪拌條件下加熱0.5 ho
4.本發(fā)明所述步驟(4)中所需高壓釜的填充率為70%，水熱溫度200°C，保溫時間3至6 do
5.本發(fā)明所述步驟(5)中·的干燥方式為80°C恒溫干燥箱中烘干12 h。
【文檔編號】C30B29/34GK103572362SQ201310009800
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月11日
【發(fā)明者】孫中溪, 齊長林, 朱欣欣, 吳柳明, 范迎菊, 張衛(wèi)民, 盛永麗, 葛東來 申請人:濟南大學(xué)