粉煤灰综合利用 FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION 2015N0.5 综述 沸石分子筛与地聚合物比较研究 The Comparision between Zeolites and the Geopolymer 邓慧，杨梦佳，姜文选，曹月坤，陈文艺 (辽宁石油化工大学化学化工环境学部，辽宁抚顺113001) 摘要：沸石是一类具有骨架结构的铝硅酸盐，地聚合物是铝硅质的无机原料通过矿物缩聚而成的无定形三维网 状无机聚合物.两者均可以通过含硅铝酸盐的矿物材料或工业废弃物在碱性试剂激发下通过水热反应合成.针对国内 外研究现状，比较了沸石分子筛和地聚合物的结构、合成方法、反应机理和相互转化. 关键词：沸石分子筛；地聚合物；碱激发 中图分类号：TQ649.4*5文献标识码：B 文章编号：1005-8249(2015)05-0053-04 沸石分子筛的基本结构是硅氧四面体[SiO4]和铝 1合成方法 氧四面体[A104]以共角顶方式联成硅铝氧格架1，格 架中形成许多宽阔的空穴和孔道，不同类型的沸石具 1.1沸石分子筛的合成方法 有不同的晶体结构，NaA型、NaX型和NaY型沸石为 沸石分子筛的合成方法以碱激发为主，根据原料 三维结构，而ZSM-5型沸石为二维结构.ZSM-5型沸 不同，沸石分子筛的水热方法分为化学原料和天然矿 石作为富硅沸石分子筛由有机胺及季胺盐作模板剂合 物原料2种.化学原料法一般是从化学试剂中挑选硅 成，称为第二代沸石分子筛2)，目前合成的MCM-41为 源、铝源，与碱和水按照一定的加料顺序和摩尔比配 代表的介孔硅铝酸盐突破了以硅氧四面体为主要元素 置，在一定的温度和压力下晶化反应制得沸石分子筛. 的概念，并且超越了十二元环孔道结构3. 硅源可以选择硅胶、硅酸钠、水玻璃、硅酸酯和二氧化 地聚合物的概念由法国Joseph Davidovits提出，是 硅，铝源一般选择活性氧化铝、氢氧化铝、铝酸钠和各 由硅铝原料通过矿物缩聚生成的一种具有无定形三维 种铝的无机盐.碱一般选择NaOH(KOH、NaHCO3、 网络状结构的无机凝胶材料.其内部结构由离子 Na2CO3).早期的沸石分子筛都是通过化学原料法实 键和共价键组成，主要是由共用氧键形成硅氧四面体 现.天然矿物原料法是以天然硅铝酸盐矿物或工业废 和铝氧四面体，其中的负电荷由碱金属或碱土金属阳 渣如高岭石、膨润土、珍珠岩、粉煤灰、硅藻土、煤轩石 离子中和[s ].Davidovits将地聚合物的结构型态分 等代替化学原料法中的硅源和铝源.粉煤灰水热法是 为PS、PSS、PSDS型，低硅铝比(Si/Al=1 2 3)的地聚 传统的制备方法，工艺简单，通常可以得到一种或几种 合物是一种严格的3D网络状结构，而高硅铝比(Si/A1 >15)的地聚合物材料则显示出聚合特征.地聚合物 沸石分子筛及含原粉煤灰结晶矿物相的混合物.二步 凝胶体是由直径为5nm~10nm的一次凝胶颗粒构成， 水热法和碱熔融水热法均由传统水热法发展而来， 而这些颗粒又围成了纳米级孔道，这些孔道是地聚合 Hollman开创的二步水热法是在第一步水热法的基 物介孔的来源.同时，地聚合物还含有大孔（孔径大 础上根据合成沸石的需要调节反应物硅铝比后再水热 于50nm)和微孔（孔径小于2nm) 大孔由粉煤灰或高 晶化，而Shigemoto提出的碱熔融水热法是在传统的 岭土颗粒之间的间隙形成，微孔是地聚合物凝胶的笼 水热合成之前将粉煤灰与固体强碱混合均匀，高温下 状结构所形成的孔隙. 熔融的方法.微波辅助和晶种法...
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