基本介紹
- 中文名：鈣離子交換能力
- 外文名：Calcium ion exchange capacity
- 分類：科學
錳渣製備沸石分子篩鈣離子交換能力的影響,原料組成對鈣離子交換能力的影響,矽鋁比對鈣離子交換能力的影響,水熱時間對鈣離子交換能力的影響,錳渣製備沸石分子篩的表征及鈣離子交換能力,測試方法,沸石分子篩的鈣離子交換能力,
錳渣製備沸石分子篩鈣離子交換能力的影響
以粉煤灰和錳渣為原料，採用鹼熔融-水熱合成法製備沸石分子篩。研究了煅燒溫度、原料組成、矽鋁比、鹼濃度、水熱時間和溫度對鈣離子吸附能力的影響，並利用XRD、SEM-EDS、FT-IR和TG-DSC等手段表征了產物的晶體形貌、骨架結構和熱穩定性。結果表明，製備沸石分子篩的最佳工藝條件為：煅燒溫度800℃，錳渣摻量 40%，矽鋁比3.5，鹼濃度3mol·L－1，水熱溫度90℃，水熱時間16h，在此條件下製備的NaX型沸石分子篩結晶度較高，700℃下骨架結構未發生坍塌，具有較好的熱穩定性，鈣離子交換量高達392.58mgCaCO3/g。
原料組成對鈣離子交換能力的影響
從原料的化學成分可知錳渣的主要成分為SiO2和Al2O3，兩者之和達63.31%，矽鋁比為3.4，從化學成分角度出發，滿足製備沸石分子篩的要求。大量研究表明，粉煤灰可以製備性能優良的沸石分子篩。錳渣具有潛在水硬性和火山灰活性，活性優於粉煤灰，因而可以作為製備分子篩的原料。固定煅燒溫度800℃，煅燒時間4h，調整錳渣質量百分比分別為0、10、20、30、40、50，矽鋁比5.0，鹼濃度2mol·L－1，90℃ 水熱24h製備分子篩。結果顯示，錳渣有利於提高產物鈣交換能力。隨著錳渣摻量的增加，分子篩鈣離子交換能力增加，當錳渣摻量為40%分子篩鈣交換能力達到最大值270.728mgCaCO3/g，當錳渣摻量增至50%，鈣交換能力下降。這是因為錳渣在與氫氧化鈉一起煅燒時玻璃網路結構發生了改變，提高了含矽玻璃相，從而提高了錳渣的水化活性。
矽鋁比對鈣離子交換能力的影響
矽鋁比不僅影響所得分子篩的類型，還影響分子篩的產率。固定煅燒溫度800℃，煅燒時間4h，錳渣質量40%，調節矽鋁比分別為3.2、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5和6.0，鹼濃度2mol·L－1，90℃水熱24h製備分子篩。所得分子篩鈣離子交換能力可知，矽鋁比為3.5 時，產物鈣離子交換量最大，矽鋁比過高或過低均不利於產物鈣離子交換能力的提高。這是因為提高矽鋁比有利於分子篩合成，但過高會使晶化速度下降，產物結晶度降低。雖然矽鋁比為6時，鈣離子交換量有顯著提高，但是矽鋁比的提高是通過矽酸鈉來調節。從經濟和環保方面考慮，實驗均無再繼續做下去的必要。因而適宜的矽鋁比為3.5。
水熱時間對鈣離子交換能力的影響
在傳統的分子篩製備工藝中，水熱時間對產物的結構性能影響較大。固定煅燒溫度800℃，煅燒時間4h，錳渣摻量4%，矽鋁比3.5，鹼濃度3mol·L－1，水熱溫度90℃，水熱時間分別為3h、6h、9h、12h、16h和24h製備分子篩。由產物鈣離子交換量可見，隨著水熱時間的延長，產物鈣交換量逐漸增加，當水熱時間升至16h時，鈣交換量趨於穩定，繼續增加水熱時間鈣離子交換能力僅略有增加。從節能方面考慮，適宜的水熱時間為16h。
錳渣製備沸石分子篩的表征及鈣離子交換能力
以粉煤灰和三種不同預處理的錳渣為原料，採用水熱合成法製備了沸石分子篩。分析了錳渣預處理前後物相和活性SiO2 、Al2O3溶出率的變化，通過XRD、SEM、FT-IR、TG-DSC和BET等手段對錳渣製備的MSZ-1、MSZ-2和MSZ-3產物微觀形貌、結構和熱穩定性進行表征，並測定了其鈣離子交換能力。
測試方法
化學組成採用ADVANTXP型X射線螢光光譜儀(XRF) 測定；XRD採用日本理學Dmax-3B X-射線粉末衍射儀，工作條件為35kV～30mA；掃描速度為5°/min，Cu靶，Ka射線，掃描範圍5°～50°；SEM測試採用日本SU8010型掃描電子顯微鏡；FT-IR採用Nexus670型傅立葉變換紅外光譜儀測定( KBr壓片) ；熱分析採用NETZSCH STA 449型綜合熱分析儀；SiO2和Al2O3溶出率用回流煮沸法測定；產物鈣離子交換能力按QB/T1768-2003的方法測定。
沸石分子篩的鈣離子交換能力
從製備的3種分子篩鈣離子交換能力以及錳渣製備分子篩的鈣離子交換能力可知，對鈣離子交換能力，MSZ-1最差，MSZ-2居中，MSZ-3最好，其中MSZ-2和MSZ-3的鈣離子交換能力分別高達358.20mgCaCO3/g和391.05mgCaCO3/g，均高於對洗滌劑助劑分子篩一等品鈣離子交換能力≥310mgCaCO3/g的要求。這主要是由於該分子篩中晶相純度較高，並擁有較多的微孔，使其鈣離子交換能力明顯增強。
