《基於亞熔鹽介質的天然黏土礦物活化機理的研究》是依託福州大學，由岳源源擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於亞熔鹽介質的天然黏土礦物活化機理的研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：岳源源
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以天然黏土礦物為原料合成分子篩的首要條件是將天然礦物中的矽鋁物種充分活化使之解聚成為具有高化學反應活性的物種。與傳統的活化方法相比，亞熔鹽介質可以在較低溫度下實現天然黏土礦物的高效活化，且以天然黏土的亞熔鹽活化產物為原料可以成功製備性能優異的分子篩材料，然而有關亞熔鹽活化天然黏土礦物的機理目前尚不清楚。本項目擬通過對天然黏土礦物在亞熔鹽介質中活化過程的系統研究，綜合套用熱力學和動力學方法，結合活化過程的原位表征、活化產物及以活化產物為原料合成的分子篩產品的物理化學性質分析，揭示天然黏土礦物在亞熔鹽介質中的活化機理及活化過程對分子篩合成過程的影響，為發展高效、低能耗的天然礦物活化新方法提供理論支撐。
結題摘要
以天然黏土礦物為原料合成分子篩的首要條件是將天然礦物中的矽鋁物種充分活化使之解聚成為具有高化學反應活性的物種。與傳統的活化方法相比，亞熔鹽介質可以在較低溫度下實現天然黏土礦物的高效活化，且以天然黏土的亞熔鹽活化產物為原料可以成功製備性能優異的分子篩材料，然而有關亞熔鹽活化天然黏土礦物的機理目前尚不清楚。本項目以天然累托土礦物為研究對象，首先研究了鹼土比、活化溫度、活化時間等工藝條件對活化過程的影響，獲得最優活化條件為鹼土比為1.0，活化溫度為170 oC，活化時間為60 min。此後對天然累托土礦物在亞熔鹽活化過程中物理化學性質變化的系統研究，結合熱力學分析，揭示了天然累托土礦物在亞熔鹽介質中的活化機理，即活化過程分為三個階段：第一階段，破壞累托土層狀結構而得到矽鋁層狀結構單元Na6Al6Si6O24；第二階段，對第一階段得到的矽鋁層狀結構單元Na6Al6Si6O24中的鋁進一步破壞，得到以矽為主的層狀結構單元，其組成為Na4Al4Si6O20和鋁氧單體(NaAlO2)；第三階段，主要是對矽架結構的破壞而得到最終的活化產物，它們分別是高活性的單體Na4SiO4和二聚體Na6Si2O7、較高活性的鏈狀Na2SiO3矽酸鹽結構單元，還有部分未反應完全的聚合度高的層狀結構單元，即Na4Al4Si5O18和Na4Al4Si4O16。經此三個階段活化後，Si、Al物種均轉化為具有高化學反應活性的低聚態，從而有利於後續合成分子篩產品。並以亞熔鹽活化的累托土為原料合成得到了高結晶度和高純度的ZSM-5分子篩。最後，對累托土中鐵、鈦雜質元素在礦物中的含量和賦存形式及對活化過程和分子篩合成的影響進行了系統地研究，結果表明：在活化過程中非骨架位的Fe、Ti物種需要消耗NaOH介質，因此增加了實際鹼土比，不利於擬固相活化；而對於骨架位的Fe、Ti而言，因其原子半徑不同，會使累托土的晶體結構會產生一定的畸變，削弱了累托土晶體結構的穩定性，從而有利於活化的進行；此外，還發現這兩種雜質元素均在分子篩產品中富聚，其中鈦全部進入到分子篩骨架中，而鐵部分進入到分子篩骨架中，另一部分則是以非骨架的形式賦存。
