过渡金属掺杂NaP分子筛结构调控及吸附性能研究

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NaP分子筛的GIS结构、斜碱沸石骨架等特点决定其具有良好的金属离子交换能力和吸附能力,可广泛应用于气体吸附,重金属元素、放射性物质去除等领域。NaP型分子筛对Ca2+和Mg2+有很好的交换性能,可从海水中提取钾离子,吸附污水中重金属离子与苯酚等有机物,具有良好的污水净化潜力。同时NaP分子筛具有较高的非离子表面活性剂吸附容量和提高洗涤剂稳定的性能。因此,被认为是一种最具潜力的现有洗涤助剂的替代产品。本文以Na2SiO3、NaAlO2作为硅源和铝源,通过Na OH调节溶液体系的碱度,采用水热合成法制备NaP分子筛。考察不同晶化温度、晶化时间对NaP分子筛制备的影响,通过动力学研究和计算,优化最佳合成条件。并提出了通过加入空间位阻作用调控NaP分子筛合成过程的新方法,考察了空间位阻剂类型、加入量对调控作用的影响,初步探究了其调控机理。通过掺杂金属改善NaP分子筛性能,优化最佳金属与掺杂量,并初步解释掺杂金属替代过程。通过Zn2+离子吸附实验来评价NaP分子筛的吸附性能。研究结果如下:(1)结合XRD分析结果和Avarami-Erofeev模型拟合计算,得到NaP分子筛的晶化过程的活化能Ea,指前因子A。晶体生长速率常数以及表观晶化速率常数基本符合随温度增高而增大的规律。(2)在NaP型分子筛制备过程中加入空间位阻剂可有效降低NaP型分子筛晶粒尺寸,得到小尺寸NaP分子筛。非离子型空间位阻剂对分子筛生长过程调控能力大小顺序为:环状链、短直链、长直链。离子型空间位阻剂的调控能力与离子类型和浓度有关,阳离子空间位阻剂有利于抑制杂晶的形成。(3)以环己醇为空间位阻剂(n(Al2O3)/n(环己醇)为1:3)合成NaP分子筛,比表面积由26.76 m2/g提高到82.08 m2/g,NaP型分子筛晶粒成单晶粒分散状态,其中2 nm左右的孔径比例最大化,占比高达37.44%。同时以环己醇为空间位阻剂制备的NaP型分子筛对污水中Zn2+具有良好的吸附效果,当环境温度达到25 o C,吸附时间为30 min,Zn2+去除率可达98%。(4)以水热合成法制备类一系列掺杂的Fe/NaP、Co/NaP、Ni/NaP、Ti/NaP分子筛。金属杂原子的引入导致分子筛产物晶粒变大,其中Co/NaP分子筛最大晶胞体积达到1013.54?3,略大于标准数据库中NaP分子筛晶胞体积1006.8?3。比表面积可达162.4896m2/g。Zn2+吸附评价表明:在吸附温度为25 o C,吸附30 min时,Co/NaP分子筛,Zn2+的去除率最高,去除率持续保持在99.6%左右,可实现金属离子的深度吸附,Zn2+浓度降低到0.5 ppm以下。
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