紅土鎳礦渣制備沸石及其分離CO2-N2的性能研究.pdf

1、化石能源的消費導致全球二氧化碳的排放量急劇上升，并保持了持續(xù)增加的態(tài)勢。因此，二氧化碳的捕集和封存技術對減少二氧化碳的排放有著重要意義，研究和開發(fā)高性能、廉價、環(huán)保的吸附材料成為了全球迫在眉睫的課題。沸石分子篩在吸附材料中應用比較廣泛，以廉價礦物原料和工業(yè)廢棄物代替昂貴的化工原料合成沸石具有潛在的商業(yè)價值，對廉價礦物及固體廢棄物的再利用也具有重要意義。目前，還沒有利用紅土鎳礦渣作為原料合成沸石的報道，本論文開發(fā)了利用紅土鎳礦渣和鋁土礦合

2、成沸石的新工藝，并將其成功應用于二氧化碳和氮氣的分離。
　　首先，本論文以工業(yè)廢渣—紅土鎳礦酸浸渣作為原料，先添加NaAlO2作為鋁源，采用堿融—水熱法和兩步法相結合的方式成功制備了高純度的4A沸石分子篩，然后添加廉價礦物原料—鋁土礦作為鋁源，采用堿融—水熱法制備了低成本、高性能的13X沸石分子篩。在大量實驗的基礎上，考察了多種因素，如SiO2/Al2O3、 H2O/Na2O、Na2O/SiO2、陳化時間和晶化時間對這兩種沸石結晶

3、的影響，并利用X射線衍射儀對合成的沸石產(chǎn)品進行了測試，確定了合成單一種類的4A沸石和13X沸石分子篩的最佳工藝技術參數(shù)，同時探討了生成其他類型沸石（NaP、方鈉石）的結晶變化規(guī)律。
　　4A沸石和13X沸石的最優(yōu)合成條件如下:
　　4A沸石:n(H2O/Na2O)=110，n(SiO2/Al2O3)=2，n(Na2O/SiO2)=1.4，晶化時間8h。
　　13X沸石:n(H2O/Na2O)=40，n(SiO2/Al2

4、O3)=3.2，n(Na2O/SiO2)=1.6，陳化時間24h，晶化時間8h。
　　其次，針對在最優(yōu)條件下合成的單一種類沸石(4A、13X)進行了熱重分析、成分分析、紅外光譜分析、掃描電鏡分析來表征沸石的結構和性能，并在77K溫度下進行了樣品的吸附脫附測試來測得合成沸石的比表面積。
　　最后，本文還通過熱重分析儀研究了常壓下分別在30℃、60℃時4A沸石和13X沸石對CO2/N2的分離性能。30℃時4A沸石樣品對CO2和N

5、2的吸附量分別為3.803mmol/g，0.389mmol/g;60℃時4A沸石樣品對CO2和N2的吸附量分別為2.939mmol/g，0.964mmol/g;30℃時13X沸石樣品對CO2和N2的吸附量分別為2.754mmol/g，0.428mmol/g;60℃時，13X沸石樣品對CO2和N2的吸附量分別為2.225mmol/g，1.671 mmol/g。結果表明:30℃時合成的4A沸石和13X沸石對CO2/N2都有很高的吸附選擇性，