Синтез гранулированного цеолита LTA и его катионнозамещенных форм с использованием механохимической активации

• Автор: Клюнтина, Анна Борисовна
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 145 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Литературный обзор
1Л. Особенности структуры и свойств цеолитов
1.2. Синтез цеолитов
1.2.1. Термодинамика и кинетика процессов синтеза
1.2.2. Гидротермальный синтез цеолитов
1.2.3. Синтез цеолитов из каолинового сырья.
1.3. Модифицирование цеолитов
1.4. Основные положения механохимической активации
твердых тел
1.5. Выводы и постановка задачи исследования
2.Экспериментальная часть
2.1. Препараты и реактивы. Методики приготовления образцов
2.2. Приборы и методы исследований
2.3. Обработка экспериментальных данных
3.Синтез цеолита ЬТА с использование механохимической активации
3.1. Твердофазные взаимодействия в системах, содержащих гидратированные соединения Иа, А1, и 81
3.2. Влияние механохимической активации на синтез цеолита
3.3. Термическая обработка механоактивированной смеси для синтеза цеолита
3.4. Влияние соотношения алюминия к кремнию на содержание кристаллической фазы
3.5. Феноменологическая модель синтеза ЬТА цеолита и содалита
Выводы по главе 3
4. Гидротермальная кристаллизация гранулированных сорбентов
4.1. Исследование структурно-механических и реологических свойств
систем для получения цеолитов

4.2. Получение натриевой формы цеолита ЬТА
4.3. Исследование рециркуляции рабочего раствора на стадии гидротермальной кристаллизации
4.4. Получение катионнозамещенных форм цеолита ЬТА
Выводы по главе 4
5 .Физико-химические характеристики гранулированного цеолита полученного с использованием МХА и применение
5.1. Физико-химические свойства гранулированного цеолита
5.2. Получение гранулированных цеолитов ЬТА
Выводы по главе 5
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Цеолиты являются уникальным классом соединений особенности, структуры которых является основным фактором, определяющим их свойства. Благодаря этому данный тип соединений нашел широкое применение в различных отраслях промышленности, а именно, нефтехимия, газоперерабатывающая и химическая промышленность, строительство, сельское хозяйство, энергетика, медицина, пищевая промышленность и многие другие.
Цеолиты - алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, - отличаются каркасной структурой пор, которые в обычных температурных условиях заполнены молекулами воды. Общая эмпирическая формула цеолита Мг/пО-АЬОз-хБЮг’уНгО , где Ме - катион металла, п - его валентность. В природе в качестве катионов заменяемого металла обычно служат натрий, калий, кальций, реже барий, стронций, магний, поэтому встречаются разнообразные типы цеолитов, например клиноптилолит, шабазит, морденит, филлипсит и д.р.
Применение цеолитов обусловлено значительной свободой движения ионов щелочных или щелочно-земельных металлов и молекулами воды, адсорбционными свойствами и свойствами донора, возможностью впитывать и отдавать влагу и пролонгировать действие веществ, которыми он насыщен.
Однако геологические изыскания показали, что месторождения цеолитов, обладающих хорошими разделительными свойствами, являются редкостью и имеют незначительные размеры, кроме того, в природных условиях цеолиты загрязнены примесью других металлов, что затрудняет получение однородного по свойствам кристаллического вещества. Поэтому в настоящее время в промышленных масштабах осуществляется производство синтетических цеолитов.
Спектр применение синтетических цеолитов довольно обширен, т.к. они являются отличными абсорбентами для многих веществ, как в газовой, так и жидкой среде. Выделяют следующие технические области использования:

до 5,0А. Замена на М£+ и Н"*- также приводит к увеличению доступности внутрикристаллического объема.
Результаты изучения ионного обмена Иа+ на К+ в порошковом цеолите описаны в [94]. Из них следует, что закономерности указанного процесса зависят от физико-химических свойств (тип, степень кристалличности, содержания катионов Иа+ , размер кристаллов) цеолита, а также концентрации катионов К+ в растворе и температуры обмена. В зависимости от условий степень обмена Иа+ на К' (аКа) может составлять от 0,46 до 0,8 [94]. Неполный обмен натрия на калий обусловлен особенностями строения кристаллической решетки цеолита [94].
В институте нефтехимии и катализа РАН совместно с Башкирским государственным университетом ряд ученых синтезировали Са, М§, К и ИЩЫаА-формы из гранулированного без связуещих веществ цеолита ЬТА натриевой формы (ХаА-БС) ионным обменом в растворах соответствующих хлоридов [95]. Эксперименты по иному обмену проводили при 70°С, исходной концентрации соли в растворе 70 г/л (избыток второго обменного катиона по отношению к натрию) в изотермическом реакторе периодического действия в течение 2 ч при перемешивании. Степень обмена иона Иа+ на Са+2, М§+2, К+ и №3/ не совпадают и равны 0,75: 0,49; 0,60 и 0,66, соответственно. Неполный обмен обусловлен тем, что гранулы представляют собой сростки наноразмерных кристаллов и часть внутрикристаллического пространства остается недоступной для обменных катионов. При этом высокая степень кристалличности и параметры вторичной пористой структуры гранул после обмена остаются неизменными.
Таким образом, по глубине обмена №+ в цеолите ЬТА на данные катионы можно расположить в следующий ряд Са+2 >N114* > К+ > М^+2, который совпадает с известными литературными данными [96].
Кроме цеолита ЬТА был подвергнут ионному обмену Х-БС в растворах солей хлоридов Са, 1У^, К и НТЬ при концентрации 70г/л, при отношении объема раствора к массе цеолита 4/1 в течение 2 ч. В результате обмен составил иона Иа на Са+2,1У^+2, К+ и ЫН/ составил 0,81; 0,78; 0,50 и 0,62 соответственно [94].