分子篩的鉀離子交換研究.pdf

1、我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年需施用鉀肥1000多萬(wàn)噸（折KCl）。然而我國(guó)卻是一個(gè)鉀資源嚴(yán)重缺乏的國(guó)家，陸地可供開(kāi)采的鉀礦僅占世界鉀礦的2.2％。鉀資源關(guān)系到我國(guó)農(nóng)業(yè)安全，因此，研究者不斷研究海水提鉀的方法開(kāi)辟鉀肥來(lái)源。研究至今，分子篩離子交換法被認(rèn)為是最有前景的海水提鉀方法，而分子篩交換量是提鉀技術(shù)研究的關(guān)鍵。本文利用XRD、TEM、N2吸附測(cè)試曲線表征了ZSM-5，NaY，USY，13X，SAPO4-34、β、絲光沸石、4A及斜發(fā)沸石9

2、種分子篩的結(jié)構(gòu)，并分析了交換鉀離子前后 NaY沸石、斜發(fā)沸石的晶胞參數(shù)變化，采用Material Studio軟件模擬一價(jià)陽(yáng)離子在分子篩結(jié)構(gòu)中的位置，研究了分子篩鉀離子飽和交換量、對(duì)海水中鉀離子的選擇性交換行為，總結(jié)得到了適宜交換鉀離子的分子篩結(jié)構(gòu)。
　　研究結(jié)果表明，在僅有氯化鉀的溶液體系，分子篩對(duì)鉀離子交換量總體呈現(xiàn)出硅鋁比越高，交換量越小的趨勢(shì)，13X、NaY和4A分子篩具有較高的交換量。SAPO-34屬磷鋁系分子篩，鉀離子

3、交換性能也較小。鉀離子飽和交換量以NaY>13X>4A>斜發(fā)沸石的順序變化，然而交換選擇性以斜發(fā)沸石>4A>13X>NaY的順序變化，說(shuō)明雖然斜發(fā)沸石飽和交換量相比其他三種沸石較低，但對(duì)鉀離子的選擇性最高。
　　在海水體系，海水以2mL/min的流速與分子篩接觸，經(jīng)過(guò)120min，斜發(fā)沸石對(duì)鉀離子交換量為0.15×10-3mol/g，遠(yuǎn)大于對(duì)鈣離子和鎂離子的交換，表現(xiàn)出對(duì)鉀離子的特定選擇性。13X、NaY和4A分子篩沒(méi)有表現(xiàn)出對(duì)鉀

4、離子具有選擇性。
　　Material Studio軟件模擬得到，F(xiàn)AU構(gòu)型的分子篩，陽(yáng)離子主要分布于FAU大籠內(nèi)，靠近兩個(gè)與鋁原子相連接的氧原子。LTA構(gòu)型的分子篩，每個(gè)八元環(huán)有一個(gè)鈉離子，偏離中心與3個(gè)骨架氧原子接近。HEU構(gòu)型的分子篩，陽(yáng)離子接近八元環(huán)，處于連接鋁原子的三個(gè)氧原子的平面內(nèi)。陽(yáng)離子均在等效位置來(lái)回運(yùn)動(dòng)。NaY及斜發(fā)沸石交換鉀離子后，晶胞結(jié)構(gòu)均發(fā)生變化，晶胞參數(shù)有所變小。
　　較適宜交換鉀離子的分子篩結(jié)構(gòu)為