方钠石的合成及其吸附性能研究

论文摘要

方钠石是首先进入无机功能材料领域的沸石，它可以用来制备光致变色材料，另外，近年来沸石用于吸氢方面的研究很多，研究表明，方钠石吸氢量高于其它沸石，Annemieke等人发现方钠石从理论上能达到储氢材料的体积目标。本文在综合分析国内外有关分子筛的合成与应用的大量文献的基础上，以工业偏铝酸钠和工业级的水玻璃为原料，采用水热法在不同硅铝比（投料比）下合成了方钠石，利用XRD、IR、SEM等测试手段对产物进行了表征，讨论了碱度（H2O／Na2O、Na2O／SiO2）、晶化温度、晶化时间对沸石结晶的影响。通过实验研究得到了在不同硅铝比（投料比）下方钠石的结晶相区与结晶变化规律，并优化得出方钠石合成最佳工艺条件，同时考察了方钠石合成中的相转变规律。另外，本论文研究了所合成的方钠石产品与Fe2+、Ni2+、Li+、K+、Mg2+、Ca2+的交换性能，并研究了改性方钠石的吸氢和吸水性能。本论文实验结果表明，碱度对方钠石结晶影响很大，在较高的碱度下易于方钠石的生成；晶化温度、时间对方钠石的生成也有一定的影响。优化出最佳合成条件如下：Si／Al为1（投料比）：90℃，12 h，Na2O／SiO2为3．75，H2O／Na2O为22Si／Al为2（投料比）：110℃，14 h，Na2O／SiO2为4．38，H2O／Na2O为32Si／Al为3（投料比）：110℃，12 h，Na2O／SiO2为2．92，H2O／Na2O为32Si／Al为4（投料比）：110℃，8 h，Na2O／SiO2为2．50，H2O／Na2O为27方钠石与Fe2+、Ni2+、Li+、K+、Mg2+、Ca2+的交换受溶液pH值、温度、交换液浓度的影响。方钠石与Fe2+、Ni2+离子交换，然后还原处理，室温下吸氢量最高已达到4．8cm3／g。Li+交换改性后，方钠石吸水量降低，并且随着交换次数的增加，吸水量减少；K+、Mg2+、Ca2+离子交换后，方钠石吸水量增加，并且随着交换次数的增加，吸水量增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 沸石分子筛简介
• 1.1.1 沸石分子筛的化学组成
• 1.1.2 沸石分子筛的晶体结构
• 1.1.3 沸石分子筛的性质和应用现状
• 1.2 沸石分子筛的合成研究
• 1.2.1 沸石分子筛的合成方法研究
• 1.2.2 沸石分子筛的合成机理
• 1.2.3 沸石分子筛合成的影响因素
• 1.3 沸石分子筛改性
• 1.3.1 非骨架元素改性
• 1.3.2 骨架元素的改性
• 1.4 沸石分子筛的吸附性能
• 1.5 方钠石简介
• 1.5.1 方钠石的化学组成和晶体结构特点
• 1.5.2 方钠石的用途及应用开发前景
• 1.5.3 国内外研究概况
• 1.6 本论文的选题意义及研究内容
• 2 实验与测试方法
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验主要仪器及设备
• 2.2 实验表征与测试方法
• 2.2.1 X-射线粉末衍射
• 2.2.2 扫描电镜
• 2.2.3 热分析
• 2.2.4 傅立叶变换红外光谱仪
• 2.2.5 吸附量的测定
• 2.2.6 化学组成分析
• 2.2.7 溶液pH值的测定方法
• 2.2.8 水静态饱和吸附量的测定
• 2.2.9 溶液中金属阳离子浓度的测试方法
• 2.2.10 阳离子交换容量（Q）的测定
• 3 方钠石的制备与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 方钠石的合成
• 3.2.2 工艺流程
• 3.3 产物化学组成分析
• 3.4 差热分析
• 3.5 形貌分析
• 3.6 红外分析
• 3.7 本章小结
• 4 水热法合成方钠石的影响因素
• 4.1 引言
• 4.2 Si/Al对方钠石结晶的影响
• 4.3 碱度对方钠石结晶的影响
• 2O/Na₂O对沸石结晶的影响'>4.3.1 H₂O/Na₂O对沸石结晶的影响
• 2O/SiO₂对方钠石结晶的影响'>4.3.2 Na₂O/SiO₂对方钠石结晶的影响
• 4.4 温度对沸石结晶的影响
• 4.5 反应时间对方钠石结晶的影响
• 4.6 本章小结
• 5 方钠石离子交换研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.3 离子交换条件的确定
• 2+离子交换'>5.3.1 Fe²⁺离子交换
• 5.3.2 其它离子交换
• 5.4 方钠石吸附性能研究
• 5.4.1 吸水性能
• 5.4.2 吸氢性能
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢