地质聚合物原位转化沸石分子筛的研究进展

来源期刊：材料导报2020年第23期

论文作者：张耀君 张叶 韩智超 贺攀阳 陈浩

关键词：地质聚合物;原位转化;沸石分子筛;碱性激发剂;水热反应;

摘    要：沸石分子筛是一种具有特定的-Si（Al）-O-Si-骨架结构的无机晶体材料,因其独特的空间网络结构而被广泛应用于吸附、分离、离子交换及催化等领域。然而,沸石分子筛的传统合成方法大多采用水热法,以化学试剂作为硅源及铝源,通过添加模板剂及助模板剂,在一定温度和酸碱条件下进行水热反应。该方法的优点在于制得的粉体具有晶粒发育完整、粒度小等优点,但存在原料昂贵以及粉体沸石分子筛二次成型等诸多弊端。地质聚合物是以天然矿物或铝硅酸盐固体废弃物为前驱体与碱性激发剂反应生成的一类绿色胶凝材料。将地质聚合物原位转化为块体沸石分子筛,不仅具有以生态友好的天然矿物及固体废弃物为原料、无需加入模板剂、成本低廉、反应条件缓和等优点,而且制得的块体沸石分子筛避免了传统粉体沸石分子筛在使用过程中的二次成型,开拓了块体沸石分子筛的制备新工艺及新方法。在环境温度和压力下,将无定形的地质聚合物转化为沸石分子筛晶体在热力学上是难以实现的。但在一定的热养护或水热条件下,地质聚合物可原位转化为沸石分子筛。其原料组成、Si/Al物质的量比、Na₂O/SiO₂物质的量比、H₂O/Na₂O物质的量比、激发剂浓度、水热温度、水热时间等是影响沸石分子筛类型以及沸石分子筛微观结构的主要因素。地质聚合物原位转化沸石分子筛的机理可归结为金属阳离子结构导向机理、有机模板结构导向机理以及晶种结构导向机理。地质聚合物原位转化的沸石分子筛在海水淡化、醇水分离、吸附重金属离子以及气体吸附等领域展现出潜在的应用潜力。将无定形的地质聚合物转化为块体沸石分子筛是地质聚合物发展的新趋势,延伸了地质聚合物的产业链及使用价值。本文提出了目前地质聚合物原位转化沸石分子筛存在的问题以及解决对策,展望了该研究领域未来的发展前景。