论文摘要
随着科学技术日新月异的发展,材料化学研究领域中沸石分子筛的研究不断拓展创新。沸石分子筛以其良好的吸附性能和催化性能广泛应用于石油化工和空气分离领域,分子筛本身的性质直接影响生产的效率。在工业生产中,降低生产成本,减少能量消耗是对国家提出的节能减排政策的积极响应。因此,开发具有优良性能的吸附剂是空气分离技术发展的关键。人工合成的分子筛一般为细小颗粒,需要加入一定量的粘结剂成型后才能应用在工业生产中。高岭土是一种常用的粘结剂,我国高岭土的储量丰富且土质较好,可以大量的应用在工业生产中。本论文采用高岭土为粘结剂,与LSX粉混合成型,通过焙烧将高岭土转变为偏高岭,再在碱溶液中水热晶化的方法,制备了无粘结剂LSX分子筛。考察了制备步骤中晶化条件的影响,并在选取了最佳晶化条件后,对型体分子筛进行K+、NH4+、Li+交换,考察离子交换对分子筛晶体结构和气体吸附性能的影响。研究结果包括以下两部分：（1）晶化条件的考察结果考察了NaOH溶液浓度分别为1、1.2、2、3、4.5mol/L时,分子筛的晶型、相对结晶度的变化。当NaOH溶液浓度分别为1、1.2、2mol/L,晶化时间分别为5h、8h,温度为90℃时,这六种晶化条件下的最佳条件为：NaOH浓度为2mol/L,晶化时间为5h,温度为90℃。NaOH溶液浓度增加时,产生了SOD杂晶。而NaOH浓度为2mol/L,晶化时间为5h,温度升高至95℃比90℃条件下,分子筛的相对结晶度提高。综合上述,选择最佳晶化条件为：NaOH浓度为2mol/L,晶化时间为5h,温度为95℃。（2）K+, NH4+, Li+离子交换对分子筛晶体结构和吸附性能的影响结果表明,随着K+交换度的增加,分子筛的某些特征峰的强度随着K+交换度的提高而降低,因此可以通过观察沸石分子筛峰强度的变化来估算离子交换度。K+交换使LSX分子筛的某些XRD谱峰有向低角度偏移的趋势,说明K+交换使分子筛的晶体结构发生了变化。经过K+交换分子筛的CO2/N2增加,均达到了20以上,更适合用在CO2气体分离净化中N2的脱除。NH4+交换使得LSX分子筛的衍射峰强度降低,且交换度越高,峰强度越低。采用对NH4+-LSX进行LiOH交换的方法制备的Li-LSX较好的保持了LSX的晶体结构,它的XRD图谱中谱峰都向大角度位移。采用该方法制备的Li-LSX对N2的吸附量比LSX粉有较大的提高,是LSX粉的2.5倍,对O2的吸附量也有提高,但提高相比N2的提高要小,所以总的氮氧比提高,这样更加适合于氮氧分离。采用上述方法制备的Li-LSX与用LiCl多次交换制备的Li-LSX作比较,前者制备的Li-LSX的N2吸附量约为后者的一半,但是锂的消耗量仅为后者的万分之十五,所以采用NH4+-LSX进行LiOH交换的方法可以制备性价比更高的空气分离吸附剂,适合用作变压吸附分离技术。