非金屬礦物合成沸石分子篩的研究進(jìn)展

雷晶晶，姚光遠(yuǎn)，孫志明，鄭水林

［中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083］

沸石分子篩是一種結(jié)晶型硅鋁酸鹽。其化學(xué)通式為：M2/nO·Al2O3·xSiO2·yH2O，其中，M 為 Na、K、Ca等金屬陽(yáng)離子；n為金屬陽(yáng)離子的價(jià)態(tài)；x為沸石分子篩骨架的硅鋁物質(zhì)的量比；y為晶胞內(nèi)水分子數(shù)。分子篩的初級(jí)結(jié)構(gòu)單元為T(mén)O4四面體，四面體的中心原子是T，最常見(jiàn)的是Si和Al。初級(jí)結(jié)構(gòu)單元通過(guò)頂點(diǎn)的氧原子相互連接，形成了種類(lèi)繁多的多元環(huán)，即次級(jí)結(jié)構(gòu)單元，各種不同形式的多元環(huán)又通過(guò)氧橋按照不同的排列方式聯(lián)結(jié)，就構(gòu)成了不同類(lèi)型的分子篩骨架結(jié)構(gòu)。經(jīng)典LTA與FAU結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1［1］。

圖1 LTA（a）和FAU（b）型沸石分子篩的骨架結(jié)構(gòu)

沸石分子篩因具有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的陽(yáng)離子交換性及擇形性等而廣泛應(yīng)用于吸附、分離、離子交換和催化等領(lǐng)域［2］。非金屬礦指工業(yè)上不作為提取金屬元素來(lái)利用的有用礦產(chǎn)資源，是與金屬礦產(chǎn)、能源礦產(chǎn)并列的三大礦產(chǎn)之一［3］。中國(guó)是世界上非金屬礦產(chǎn)資源品種較多、儲(chǔ)量較為豐富的國(guó)家之一，如何高效利用非金屬礦產(chǎn)資源具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，合成沸石分子篩的原料主要是水玻璃、鋁酸鈉和硫酸鋁等化工產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本相對(duì)較高。中國(guó)非金屬礦物種類(lèi)繁多，儲(chǔ)量豐富且價(jià)格低廉，尤其是富含硅鋁元素的硅酸鹽礦物，已被廣泛用來(lái)作為合成沸石分子篩的原料。本文綜述了非金屬礦物合成沸石分子篩的工藝條件及其研究成果，同時(shí)指出了合成過(guò)程中存在的一系列問(wèn)題，并展望了其發(fā)展前景。

1 層狀硅酸鹽礦物合成沸石分子篩

1.1 高嶺土合成沸石分子篩

高嶺土是以高嶺石族礦物為基本組成的白色黏土，為二八面體的1∶1型層狀構(gòu)造硅酸鹽礦物，其基本結(jié)構(gòu)層是由一層硅氧四面體和一層鋁氧八面體通過(guò)氫氧鍵連接而成，其理論化學(xué)式為Al4（Si4O10）（OH）8［4］，n（SiO2）/n（Al2O3）為 2，與 A 型分子篩近似，是合成A型分子篩的良好原料，較適合作為低硅鋁比沸石分子篩的合成原料，高嶺土是目前合成沸石分子篩原料中合成類(lèi)型最多、研究最廣的非金屬礦物。

高嶺土對(duì)酸、堿穩(wěn)定性高，即使是強(qiáng)無(wú)機(jī)酸堿，在常溫下也不會(huì)使其溶解，因此常采用高溫焙燒的方式破壞高嶺石的晶體結(jié)構(gòu)，將晶格中的羥基脫去，形成具有活性的偏高嶺土，從而提取出合成沸石分子篩所需的活性硅鋁源。M.Gougazeh等［5］發(fā)現(xiàn)天然高嶺土在650℃下即可觀察到偏高嶺化，可作為合成沸石分子篩的原料。L.Ayele等［6］在600℃下將高嶺土煅燒3 h實(shí)現(xiàn)偏高嶺化，得出水熱合成A型分子篩的優(yōu)化條件為：n（SiO2）/n（Al2O3）=2.04，n（Na2O）/n（SiO2）=0.44，50 ℃下反應(yīng) 1 h 形成凝膠，并在50℃下老化3 h，100℃下晶化3 h。在該條件下合成出的A型分子篩熱穩(wěn)定性高，陽(yáng)離子交換量大，適用于洗滌劑配方。

直接焙燒活化法的焙燒溫度較高，能耗較大，而加入氫氧化鈉、碳酸鈉等混合焙燒可以顯著降低焙燒溫度，從而降低能耗。J.Q.Wang等［7］開(kāi)發(fā)和優(yōu)化了一種新的水熱合成路線(xiàn)，該法無(wú)需常規(guī)的高溫煅燒，即用NaOH將高嶺土在240℃下堿活化3 h，HCl酸溶0.5 h后，通過(guò)加入NaOH調(diào)節(jié)至溶液pH=7形成凝膠，再將凝膠用NaOH溶解后在90℃下水熱反應(yīng)3 d，合成出高純度的A型分子篩。該法除雜效果好，產(chǎn)品質(zhì)量高，但工序復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)。 Y.Ma等［8］以低級(jí)天然高嶺土為原料水熱合成出X型分子篩，無(wú)需額外的硅源或脫鋁，得到最佳合成條件為：將高嶺土在200℃下堿熔4h（NaOH與高嶺土質(zhì)量比為2），然后在50℃下陳化2 h，90℃下晶化8 h。孔德順等［9］將高嶺土原粉與Na2CO3按質(zhì)量比1∶1混勻，在750℃下煅燒2 h后，采用水熱法制備出NaP分子篩。得到的優(yōu)化條件為：n（SiO2）/n（Al2O3）=4.0，n（Na2O）/n（SiO2）=1.4，n（H2O）/n（Na2O）=40，93 ℃下晶化 8 h。

微波加熱可以使反應(yīng)體系在較短的時(shí)間內(nèi)被均勻地加熱，促進(jìn)晶核的萌發(fā)，加快晶化速率。H.Youssef等［10］以高嶺土為原料，對(duì)常規(guī)加熱和微波輔助加熱合成A型分子篩進(jìn)行了比較，研究發(fā)現(xiàn)在微波處理的樣品中，A型分子篩的形成速率增加了2～3倍，且產(chǎn)品的結(jié)晶度和產(chǎn)率都顯著提高。

A.A.F.Lafi等［11］先將高嶺土進(jìn)行酸化脫鋁，然后加堿水熱合成出ZSM-5分子篩，再對(duì)其進(jìn)行酸活化，將分子篩的銨形式轉(zhuǎn)化為酸形式，在1-苯乙醇脫水形成苯乙烯的過(guò)程中測(cè)試該分子篩的催化活性，結(jié)果顯示苯乙烯的選擇性高達(dá)95%。M.Gougazeh等［12］將高嶺土先用堿處理將其轉(zhuǎn)化成羥基方鈉石，隨后將其溶解在稀酸中，然后通過(guò)加入堿直到體系的pH超過(guò)12，就形成了沸石前體凝膠，將所得凝膠在100℃下晶化4 h形成A型分子篩。A型分子篩（LTA 結(jié)構(gòu)，圖 2b）與方鈉石（SOD 結(jié)構(gòu)，圖 2a）有明顯的關(guān)系，在方鈉石的結(jié)構(gòu)中，β籠以體心立方形式排列，相互之間由單四和單六元環(huán)連接，這些β籠通過(guò)次級(jí)結(jié)構(gòu)單元進(jìn)一步連接，則形成A型分子篩的結(jié)構(gòu)。

1.2 膨潤(rùn)土合成沸石分子篩

膨潤(rùn)土是以蒙脫石為主要礦物成分的層狀鋁硅酸鹽礦物，它由兩個(gè)硅氧四面體之間夾一個(gè)鋁氧八面體構(gòu)成典型的2∶1結(jié)構(gòu)，其理論化學(xué)式為（1/2Ca，Na）x（H2O）4{（Al2-xMgx）［Si4O10］（OH）2}［4］，硅鋁含量較高，可作為合成沸石分子篩的原料。

圖2 方鈉石（a）和A型分子篩（b）的骨架結(jié)構(gòu)

在利用膨潤(rùn)土制備沸石分子篩時(shí)，通常采用酸化的方法來(lái)對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行活化，經(jīng)過(guò)預(yù)處理活化后，膨潤(rùn)土礦物的2∶1層狀晶體結(jié)構(gòu)在酸化過(guò)程中被破壞，同時(shí)除去大部分Mg、Fe等雜質(zhì)，成為合成沸石分子篩的活性硅鋁源。H.Faghihian等［13］將膨潤(rùn)土用濃HCl酸化后加入到NaOH溶液中形成凝膠，發(fā)現(xiàn)在膨潤(rùn)土合成分子篩的過(guò)程中，P型分子篩和Y型分子篩之間存在明顯的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，得出在結(jié)晶溫度為97℃、老化時(shí)間為20 h、NaOH濃度為3 mol/L的優(yōu)化條件下可以得到結(jié)晶度較高的Y型分子篩。

雖然經(jīng)過(guò)酸處理的膨潤(rùn)土具有較高的反應(yīng)活性，但是酸化會(huì)溶出有用元素鋁，而且對(duì)于石英等雜質(zhì)無(wú)法去除，同時(shí)產(chǎn)生的廢酸液也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。 C.Chen 等［14］將膨潤(rùn)土與 NaOH 以 1∶1.4 的質(zhì)量比在600℃下熔融6h，然后與水以1∶4的質(zhì)量比混合，室溫下陳化24 h，80℃下晶化12 h，不添加額外的硅鋁源，制備出13X型分子篩，在25℃和1×105Pa條件下，所制備的分子篩在 N2（CO2與 N2體積比為37）氣氛下具有較高的CO2捕集能力和較高的選擇性，達(dá)到較高的吸附速率并表現(xiàn)出穩(wěn)定的二氧化碳吸附-解吸循環(huán)性能。直接堿熔法雖然節(jié)省了部分鋁源，將膨潤(rùn)土中的石英等雜質(zhì)通過(guò)堿焙燒轉(zhuǎn)化為沸石分子篩的有效組分即硅鋁酸鹽，但是需要高溫條件，能耗較高，而且堿處理?xiàng)l件對(duì)沸石分子篩白度的影響較小，產(chǎn)品的白度主要受酸化條件的控制。

1.3 伊利石合成沸石分子篩

伊利石是一種層狀含水硅酸鹽類(lèi)黏土礦物，普遍含有較高的 K、Al含量，化學(xué)式為KAl2［（Al，Si）Si3O10］（OH）2·nH2O，其晶體結(jié)構(gòu)與蒙脫石類(lèi)似［4］。但是伊利石的化學(xué)活性較差，單純的高溫煅燒不能充分活化其中的硅鋁組分，因此需要加入Na2CO3或NaOH等進(jìn)行堿熔活化。

M.Mezni等［15］將直接水熱合成與水熱反應(yīng)前進(jìn)行堿熔合成X型分子篩這兩種方法進(jìn)行了對(duì)比，得出在水熱反應(yīng)前將NaOH與伊利石（質(zhì)量比為1.2∶1）在550℃下進(jìn)行熔融，經(jīng)24 h老化與6 h晶化之后能得到最佳質(zhì)量的X型分子篩，樣品的最大表面積和陽(yáng)離子交換量分別達(dá)到了293 m2/g和1.71 mmol/g。

2 鏈狀硅酸鹽礦物合成沸石分子篩

2.1 海泡石合成沸石分子篩

海泡石是一種富鎂纖維狀硅酸鹽黏土礦物，其標(biāo)準(zhǔn)晶體化學(xué)式為 Mg8（H2O）4［Si6O16］2（OH）4·8H2O，海泡石的化學(xué)成分比較簡(jiǎn)單，主要為硅和鎂，其中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54%～60%，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21%～25%［4］，鎂元素會(huì)影響沸石分子篩的晶化效率，因此采用海泡石合成沸石分子篩時(shí)須經(jīng)過(guò)脫鎂與補(bǔ)鋁的兩個(gè)過(guò)程。

海泡石中硅含量較高，但是不含鋁元素，因此以海泡石為硅源，其他含鋁的非金屬礦物為鋁源來(lái)合成沸石分子篩，可以實(shí)現(xiàn)礦物之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，達(dá)到礦物資源的最大化利用。鄭淑琴等［16］首次以海泡石為硅源、高嶺土為鋁源，在水熱條件下原位晶化合成了NaY分子篩，研究結(jié)果表明，NaY分子篩的形成受晶化溫度的影響最大，隨溫度的升高，產(chǎn)品的相對(duì)結(jié)晶度顯著提高，當(dāng)晶化溫度為100℃時(shí)，得到結(jié)晶度較高的NaY分子篩晶體。

2.2 凹凸棒石合成沸石分子篩

凹凸棒石簡(jiǎn)稱(chēng)凹土，又名坡縷石，是一種具鏈層狀過(guò)渡結(jié)構(gòu)的含水富鎂硅酸鹽黏土礦物，其理論化學(xué)式為 Mg5（H2O）4［Si4O10］2（OH）2·4H2O［4］，其晶體結(jié)構(gòu)與海泡石大體相同，但是由于凹凸棒石黏土礦床生成環(huán)境的影響，在凹凸棒石中常伴生有白云石、方解石、蒙脫石等礦物，因此凹凸棒石的除雜工藝較為復(fù)雜。

L.Chen等［17］先將凹凸棒石進(jìn)行800℃高溫煅燒，然后在HCl溶液中浸漬1 h除雜，水熱合成出4A分子篩，得出最佳合成條件為：H2O與凹凸棒石的體積質(zhì)量比為40 mL/g，NaOH與凹凸棒石的質(zhì)量比為2.35∶1，在 80～85 ℃下晶化 4 h。 最后使用 n（Si）/n（Al）為1.3的CaCl2溶液通過(guò)離子交換可將4A分子篩轉(zhuǎn)化為5A分子篩，靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明，該樣品對(duì)長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴具有良好的吸附性能。X.Liu等［18］以凹凸棒石為原料在不同條件下合成4A分子篩應(yīng)用于脫硫，得出最佳吸附溫度為50℃，最佳合成條件為：n（SiO2）/n（Al2O3）=1.5，n（Na2O）/n（SiO2）=1.5，n（H2O）/n（Na2O）=30，90 ℃下晶化 4 h，在最佳條件下合成的分子篩對(duì)H2S的去除率接近100%。

保留凹凸棒石雜質(zhì)中存在的其他非硅鋁元素，可提高合成分子篩的催化性能。X.Z.Zhou等［19］以含有Fe和Ti的凹凸棒石為原料合成出Fe/Ti-ZSM-5分子篩。結(jié)果表明該樣品具有典型的MFI結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度高，比表面積大，具有強(qiáng)酸性和優(yōu)異的氧化還原性能，與常規(guī)ZSM-5分子篩相比，使用Fe/Ti-ZSM-5分子篩作為催化劑、添加劑，在催化裂解原料油的測(cè)試中，丙烯和總輕質(zhì)烯烴的產(chǎn)率分別提高0.21%與0.33%。X.Y.Li等［20］首次通過(guò)蒸氣誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化法，以凹凸棒石為硅鋁源直接合成ZSM-5分子篩，在結(jié)晶過(guò)程中，凹凸棒石很好地保存了原始晶體結(jié)構(gòu)，得到的分子篩具有較好的結(jié)晶度和孔隙率，同時(shí)，凹凸棒石中的Al、Fe和Mg等金屬元素部分存在于分子篩骨架中，賦予分子篩優(yōu)異的催化活性。

3 架狀硅酸鹽礦物合成沸石分子篩

3.1 長(zhǎng)石合成沸石分子篩

長(zhǎng)石是一種含Na、K、Ca等堿金屬和堿土金屬的鋁硅酸鹽礦物，按照其化學(xué)成分可分為不同類(lèi)型的長(zhǎng)石，其中鉀長(zhǎng)石在合成沸石分子篩的應(yīng)用中最為廣泛，其化學(xué)式為 K（AlSi3O8）［4］，鉀長(zhǎng)石的晶體結(jié)構(gòu)是以三維排列的硅鋁氧四面體為單元形成的架狀結(jié)構(gòu)，其 Al—O—Si結(jié)構(gòu)比 Si—O—Si、Al—O—Al更穩(wěn)定，所以鉀長(zhǎng)石的硅鋁氧四面體性質(zhì)非常穩(wěn)定，其酸堿溶解性能差，且具有較高的熔點(diǎn)和熱穩(wěn)定性，因此對(duì)鉀長(zhǎng)石進(jìn)行活化需要相對(duì)較高的溫度和壓力。

中國(guó)的可溶性鉀的來(lái)源很少，但是在對(duì)鉀長(zhǎng)石進(jìn)行活化的過(guò)程中，不可溶的鉀長(zhǎng)石礦粉轉(zhuǎn)化為可溶的硅鋁酸鹽與水溶性鉀化合物，以鉀長(zhǎng)石中所含的硅鋁元素作為合成沸石分子篩的硅鋁源，然后將合成沸石分子篩之后的富含鉀的母液用于提鉀，即不溶性鉀可以從鉀長(zhǎng)石中提取出來(lái)，實(shí)現(xiàn)鉀長(zhǎng)石資源的綜合利用。張潔清等［21］提出了Na2CO3堿熔活化鉀長(zhǎng)石制備4A分子篩的工藝。確定最佳工藝條件為：堿礦質(zhì)量比為 1.3∶1，780℃下焙燒 2h，調(diào)整合成體系中 n（Al2O3）∶n（SiO2）∶n（Na2O）∶n（H2O）=1∶2∶5∶185，45 ℃下老化 0.5 h，90℃下晶化 9 h。S.Su 等［22］將鉀長(zhǎng)石先后與KOH溶液和H2SO4溶液反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為無(wú)定形硅鋁酸鹽，得出在100℃下，當(dāng)結(jié)晶時(shí)間達(dá)到3 h時(shí)，純A型分子篩的相對(duì)結(jié)晶度達(dá)到最大值，而較長(zhǎng)的結(jié)晶時(shí)間將導(dǎo)致A型分子篩進(jìn)一步溶解并被更穩(wěn)定的羥基方鈉石取代。

鉀長(zhǎng)石中含鉀量較高，所以較為適合作為合成鉀型沸石分子篩的原料。劉昶江等［23］以鉀長(zhǎng)石粉體為原料，未經(jīng)焙燒，通過(guò)水熱分解、酸溶等過(guò)程破壞鉀長(zhǎng)石晶體結(jié)構(gòu)，再加入導(dǎo)向劑，水熱合成L型分子篩。 確定適宜條件為：n（SiO2）/n（Al2O3）=6.0～11.0，n（K2O）/n（SiO2）=0.3～0.4，170 ℃下晶化 4 h。 王靜潔等［24］以K2CO3堿熔活化的鉀長(zhǎng)石作為原料，采用水熱合成法在K2O-Al2O3-SiO2-TPABr-H2O體系中合成K-ZSM-5分子篩。結(jié)果表明，以K2CO3助熔焙燒分解鉀長(zhǎng)石時(shí)，控制鉀長(zhǎng)石與K2CO3質(zhì)量比為1∶（1.0～2.0），130～180℃下晶化 24 h時(shí)， 均能合成出 KZSM-5分子篩。杜翠華等［25］提出了KOH堿熔活化鉀長(zhǎng)石制備全鉀W型分子篩的工藝。結(jié)果表明，W型分子篩在較寬范圍的條件下都可以合成，其中適宜的條件為：氫氧化鉀與鉀長(zhǎng)石的質(zhì)量比為2∶1，500 ℃焙燒活化 2 h，控制物料比 n（K2O）∶n（SiO2）∶n（Al2O3）∶n（H2O）=15∶10∶1∶570，25 ℃下老化 2.5 h，150℃下晶化24 h。

3.2 天然沸石合成沸石分子篩

沸石是沸石族礦物的總稱(chēng)，是一族架狀含水的堿金屬或堿土金屬鋁硅酸鹽礦物的總稱(chēng)。全世界已發(fā)現(xiàn)的天然沸石有40多種，種類(lèi)繁多，結(jié)構(gòu)各異。天然沸石含雜質(zhì)較多，限制了其工業(yè)應(yīng)用，因此對(duì)天然沸石進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，可以將其轉(zhuǎn)化為質(zhì)量更高的分子篩。

B.Jamshid等［26］采用超聲處理將天然斜發(fā)沸石在90℃下3 h內(nèi)成功轉(zhuǎn)化為NaP分子篩，與常規(guī)水熱法相比，其轉(zhuǎn)化時(shí)間明顯縮短，合成樣品的結(jié)晶度略有增加，產(chǎn)率保持相對(duì)不變。

4 其他硅酸鹽礦物合成沸石分子篩

4.1 硅藻土合成沸石分子篩

硅藻土是一種生物成因的硅質(zhì)沉積巖，由古代硅藻遺骸經(jīng)長(zhǎng)期的地質(zhì)作用形成，主要化學(xué)成分為非晶質(zhì)的SiO2，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常占60%以上，最高可達(dá)90%左右［4］。相比于其他非金屬礦物，硅藻土在作為沸石分子篩合成原料方面更具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楣柙逋林兴柙貫闊o(wú)定形SiO2，無(wú)需進(jìn)行活化處理就可以直接合成沸石分子篩，這大大降低了原料預(yù)處理的能耗，同時(shí)簡(jiǎn)化了工藝流程。

硅藻土中的硅含量相對(duì)較高，通常用來(lái)合成硅鋁比較高的沸石分子篩。G.Garcia等［27］以硅藻土為硅源采用水熱法合成Y型分子篩時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)n（SiO2）/n（Al2O3）=3.0～3.9，n（Na2O）/n（SiO2）=0.85～2.0時(shí)，可以合成出Y型分子篩且具有較大的產(chǎn)率，當(dāng) n（SiO2）/n（Al2O3）=5.3，n（Na2O）/n（SiO2）=0.6 時(shí)，得到幾乎純的Y型分子篩，但是產(chǎn)率較低。雷晶晶等［28］以硅藻土為原料水熱合成出X型分子篩，得出最佳制備條件為：n（Na2O）/n（SiO2）=1.4，n（H2O）/n（Na2O）=40，室溫下陳化 30 min，110 ℃下晶化 5 h。Y.Li等［29］在加入四丙基溴化銨的條件下，以硅藻土為硅源水熱合成ZSM-5分子篩，結(jié)果表明，ZSM-5分子篩具有大的比表面積和更多的酸性位點(diǎn)，在減壓柴油催化裂化生產(chǎn)輕質(zhì)烯烴的過(guò)程中起著重要作用。S.Zhang等［30］以硅藻土為硅源在無(wú)模板體系中成功合成Y型分子篩，合成產(chǎn)物通過(guò)二甲基乙二肟改性后對(duì)廢水中的Ni（Ⅱ）離子具有優(yōu)異的吸附性能。

4.2 珍珠巖合成沸石分子篩

珍珠巖是一種火山噴發(fā)的酸性熔巖經(jīng)急劇冷卻而形成的玻璃質(zhì)巖石，經(jīng)化學(xué)成分測(cè)定，珍珠巖主要含SiO2、Al2O3，除此以外還含有幾種質(zhì)量分?jǐn)?shù)極微的氧化物。珍珠巖最重要的一個(gè)性質(zhì)是在高溫下會(huì)受熱膨脹，形成無(wú)毒、質(zhì)輕、具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的粒狀無(wú)機(jī)材料，其主要用途是生產(chǎn)膨脹珍珠巖及制品，然而加工膨脹珍珠巖產(chǎn)品時(shí)，對(duì)礦砂粒度有一定要求，常常將不符合要求（粒徑＞212 μm）的珍珠巖尾礦丟棄，不但浪費(fèi)資源，還污染環(huán)境，因此含有大量硅鋁元素的珍珠巖尾礦可為沸石分子篩的合成提供廉價(jià)的硅鋁源。

P.Wang等［31］使用膨脹珍珠巖為原料水熱合成出ZSM-5分子篩，得出最佳制備條件為：n（SiO2）/n（Al2O3）=31，n（Na2O）/n（SiO2）=0.26，n（H2O）/n（SiO2）=35，pH=10.25，180 ℃下晶化 24 h，m（晶種）/m（SiO2）=7%。與通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法制備的ZSM-5分子篩相比，來(lái)自膨脹珍珠巖的ZSM-5分子篩對(duì)于FCC汽油芳構(gòu)化反應(yīng)顯示出更好的催化活性。

5 結(jié)語(yǔ)

沸石分子篩因其獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)及表面特性，一直都是國(guó)內(nèi)外科學(xué)家們研究的重點(diǎn)對(duì)象，中國(guó)硅酸鹽礦物儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，因此以它們?yōu)樵虾铣煞惺肿雍Y，從資源上考慮可有效提高非金屬礦物的利用率，從經(jīng)濟(jì)上考慮可降低合成沸石分子篩的成本，且綠色環(huán)保，符合中國(guó)經(jīng)濟(jì)環(huán)保型產(chǎn)品的理念，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益相統(tǒng)一，有利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

雖然開(kāi)發(fā)利用非金屬礦物合成沸石分子篩的潛力巨大，但在其合成過(guò)程中依然存在著問(wèn)題：1）非金屬礦物多數(shù)需提純與活化，且預(yù)處理工序較復(fù)雜；2）非金屬礦物中存在的雜質(zhì)離子，會(huì)對(duì)沸石分子篩晶體的形成和成長(zhǎng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響其應(yīng)用；3）對(duì)于非金屬礦物合成沸石分子篩的機(jī)理研究較少，因此合成出的沸石分子篩類(lèi)型也相對(duì)較少；4）關(guān)于葉蠟石、硅灰石等其他富含硅鋁元素的非金屬礦物合成沸石分子篩的研究較少。因此，需要更多學(xué)者不斷去探索。相信隨著科技的進(jìn)步，非金屬礦物預(yù)處理工藝不斷改進(jìn)，對(duì)于沸石分子篩合成機(jī)理的研究不斷加深，將會(huì)有更多的非金屬礦物被用來(lái)合成沸石分子篩，以非金屬礦物為原料合成沸石分子篩將為沸石分子篩的合成開(kāi)辟出一條極有發(fā)展前景的新道路。