Методика высокопроизводительного синтеза цеолита типа А из растворов алюмината и силиката Na

Химический состав цеолита: Na₂O· Al₂O₃·2 SiO₂·4,5 H₂O

Состав элементарной ячейки: Na₁₂[(AlO₂)₁₂ (SiO₂)₁₂] 27 H₂O

Пределы изменения Si/Al =0,7/1,2; диаметр входного окна – 4,2 Å.

Сущность синтеза мелкокристаллического цеолита типа NaAзаключается в кристаллизации аморфного щелочного алюмокремнегеля следующего химического состава:

(2,52,9) Na₂O · Al₂O₃ · (2,12,3) SiО₂ · (60120) Н₂О

Гидрогели, необходимые для кристаллизации цеолита типа NaA, могут быть приготовлены различными способами:

а) смешением раздельно осажденных кремнегидрогеля и алюмогидрогеля с едким натром;

б) смешением раствора жидкого стекла с алюмогидрогелем и едким натром;

в) осаждение алюмокремниего гидрогеля при смешении растворов сернокислого алюминия и жидкого стекла с последующей промывкой для удаление ионов SO₄^2– и введением едкого натра;

г) введением твердого алюмината натрия в раствор жидкого стекла;

д) смешением щелочного раствора алюмината натрия с раствором жидкого стекла при комнатной температуре;

е) смешением щелочного раствора алюмината натрия с раствором жидкого стекла при 100 °С.

Практически удобным способом является смешение щелочного раствора алюмината натрия с раствором жидкого стекла.

Во всех случаях состав гидрогеля должен отвечать молярным соотношениям Na₂O /Al₂O₃ в пределах 1–6, а SiО₂/Al₂O₃ в пределах 0,5–2,5. Оптимальный состав реакционной смеси см. выше.

Для ускорения кристаллизации необходимо вводить в реакционную массу коллоидную затравку и кристаллизацию осуществлять при температуре 60–80 °С. Результат процесса кристаллизации будет зависеть от свойств исходных реагентов, их концентраций, условий осаждения исходного щелочного алюмокремнегеля и режима кристаллизации. Любые отклонения от заданного тщательно отработанного режима кристаллизации цеолита NaA приводят к ухудшению его качества. Кристаллизацию цеолита NaA осуществляют из щелочного алюмокремнегеля, содержащего избыточное по отношению к составу получаемого цеолита NaA количество Na₂O и А1₂О₃.

Как уже отмечалось, получение цеолита NaA связано с введением коллоидной затравки в массу кристаллизуемого алюмокремнегеля с образованием центров кристаллизации (зародышей) цеолита NaA. Химический состав коллоидной затравки: 12,7Na₂O · А1₂О₃ · 12SiO₂ ·nH₂O.

Приготовленная коллоидная затравкадолжна обладать однородностью и в процессе хранения не должна расслаиваться, что достигается следующими технологическими приемами:

а) выполняется определенный порядок слива исходных растворов: в алюминат натрия сливается щелочь, а затем после перемешивания быстро сливается силикат натрия и тщательно перемешивается;

б) для предотвращения расслаивания затравки температура исходных растворов должна быть не выше 20 °С.

Схема синтеза цеолита типа A.

Подобная методика синтеза цеолита NaA из концентрированных растворов жидкого стекла и алюмината натрия обеспечивает получение цеолита высокого качества с высоким выходом.

Пример расчета требуемого количества исходных веществ для получения суспензии цеолита типа NaA

Состав реакционной смеси равен: 2,5Na₂O · Al₂O₃ · 2,1SiО₂ · 60Н₂О

Исходные вещества:

раствор силиката натрия Na₂SiO₃:

Плотность – 1,2 кг/м³; М=2,85; N=2,15

Содержание Na₂O – 66,7 г/л;

Содержание SiO₂ – 183,8 г/л;

Содержание H₂O – 949,5 г/л

раствор алюмината натрия NaAlO₂

Плотность – 1,5 кг/м³;

Содержание Na₂O – 304 г./л;

Содержание Al₂O₃ – 282,6 г/л;

Содержание H₂O – 913,4 г/л

Способ 1

1) Рассчитываем количество молей Na₂O (n Na₂O), Al₂O₃ (n Al₂O₃) и Н₂O (n Н₂O) содержащееся в 1 литре раствора алюмината натрия:

n (Na₂O) = Содержание Na₂O/молек. масса (Na₂O) = 304 г./(62 г./моль) = = 4,9 моля

n (Al₂O₃) = Содержание Al₂O₃/молек. масса (Al₂O₃) = 282,6 г/(102 г./моль) = = 2,7 моля

n (Н₂O) = Содержание Н2O/молек. масса (Н₂O) = 913,4 г/(18 г./моль) = = 50,7 моля

2) Рассчитываем количество молей Na₂O (n Na₂O), SiO₂ (n SiO₂) и Н₂O (n Н₂O) содержащееся в 1 литре раствора силиката натрия:

n (Na₂O) = Содержание Na2O/молек. масса (Na₂O) = 66,7 г/(62 г./моль) = = 1,07 моля

n (SiO₂) = Содержание SiO2 /молек. масса (SiO₂) = 183,8 г/(60 г./моль) = = 3,06 моля

n (Н₂O) = Содержание Н2O/молек. масса (Н₂O) = 949,5 г/(18 г./моль) = = 52,7 моля

3) Расчет ведем, исходя из одного литра алюмината натрия, поэтому состав реакционной смеси умножаем на n (Al₂O₃) =2,7. Тогда получится следующий состав реакционной смеси:

Дата добавления: 2014-01-04