脫水沸石具有吸附小的有機(jī)分子，使其與大有機(jī)分子分離的能力，Mc Bain 化學(xué)家論述這種現(xiàn)象時(shí)稱(chēng)之為”分子篩”。從20世界30年代和40年代開(kāi)始，有關(guān)許多有關(guān)沸石，吸附和離子交換性質(zhì)的做了進(jìn)一步研究，到60年代又開(kāi)始了人工合成。分子篩的主要用途是洗滌劑和催化劑，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)方面，需要量日益增長(zhǎng)，但天然沸石稀有，沒(méi)有工業(yè)規(guī)模的礦床可以開(kāi)采，因而轉(zhuǎn)向了人工合成的研究。
人工合成最簡(jiǎn)單的途徑就是利用高嶺土生產(chǎn)沸石分子篩。這種方法是堿處理法，又稱(chēng)水熱轉(zhuǎn)化法，其實(shí)質(zhì)是在過(guò)量的堿的存在下，將一些固體硅鋁酸鹽水熱轉(zhuǎn)化成沸石。眾所周知，高嶺土是陶瓷坯料的主要原料之一，其主要化學(xué)成分是SiO２和Al２O３，此外，還有Fe2O3，TiO2，CaO，k2O，Na2O，等氧化物。粘土中的SiO，含量都很高。天然高嶺土中及人工洗選過(guò)的原生高嶺土中，SiO2的含量大多為45-50%。SiO2主要是高嶺石，水云母以及長(zhǎng)石類(lèi)硅酸鹽的成分。Al２O３的含量?jī)H次于于SiO2，由富含石英的酸性火成巖所形成的原生高嶺土中，Al２O３的含量達(dá)到20-27%，不過(guò)，有時(shí)Al２O３的含量要少得多。然而，在精選的次生高嶺土中，Al２O３的含量介于30-38%之間。其它成分是Fe2O3，CaO，MgO，和堿金屬氧化物K2O，Na2O等。因此高嶺土是一種理想的合成沸石的原料。從化學(xué)成分來(lái)看很接近A型沸石，且分布廣，儲(chǔ)量豐富。造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際上分字篩是一種人工合成沸石，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈三維排到的硅(鋁)氧四面體，彼此連接形成規(guī)則的通道，這些通道具有篩選分子的效應(yīng)。分子篩通常秉用化學(xué)原料合成，原料的來(lái)源較少，價(jià)格較高，如今已經(jīng)被硅石類(lèi)的礦物質(zhì)代替合成沸石分子篩。
高嶺土的硅鋁化一般在2:1—5:1 ，比較適合A，X，Y或P型沸石。 只有高嶺土的硅鋁比較X型和Y型比A型沸石低，由于合成沸石的主要原料是SiO2和Al２O３，但是其中的少量含鐵等礦物質(zhì)組分Fe2O3，F(xiàn)e3O4，CaO，MgO，等有害和無(wú)效雜質(zhì)，會(huì)影響合成沸石的質(zhì)量，為了有效去除高嶺土的雜質(zhì)，為合成沸石提供高質(zhì)量原料，必須進(jìn)行磁選，焙燒，(加堿)粉磨到200—325目，酸滲，氧化（加入ED?鄄TA），過(guò)濾，洗滌，干燥成產(chǎn)品，如果含鋁比例少，可以將補(bǔ)加的氫氧化鈉配置成偏鋁酸鈉溶液，在晶化反應(yīng)開(kāi)始時(shí)加入進(jìn)去，使混合物中的SiO2和Al２O３的比值更適合沸石的形成，而且結(jié)晶時(shí)向可大大縮短，堿的用量可減少一半，產(chǎn)量可提高一倍。我們也可以將高嶺土先烘干，粉碎，以增大其比表面積，然后在700℃高溫下焙燒，使之轉(zhuǎn)變?yōu)楦呋瘜W(xué)活性的無(wú)定形物質(zhì)———偏高嶺土。然后與氫氧化鈉溶液拌勻，團(tuán)塊成型，再在50-60℃下加熱，并通過(guò)水蒸汽使團(tuán)塊為水飽和，以防團(tuán)塊碎裂。將團(tuán)塊浸入1～10mol/L氫氧化鈉反應(yīng)液中，或放入合適的反應(yīng)塔中，用反應(yīng)液霧噴灑，將溫度控制在70—110℃之間，幾小時(shí)后即可結(jié)晶。選用NaOH作堿溶劑，OH—的量對(duì)高嶺土的溶解作用最大，而晶化過(guò)程是在鹽酸濃度1.5—2.0 H ，酸溶溫度70—80℃，酸溶時(shí)向2—3h，固液比1：2.5—1：3，選用次氯酸鈉，雙氧水系中硅鋁酸鹽凝膠相互碰撞，擠壓，摩擦，重組而快速形成沸石晶體，晶化率和沸石反應(yīng)速率是由堿溶液中Ha+來(lái)控制的，選擇適應(yīng)當(dāng)?shù)臏囟群蛪A度很重要。當(dāng)溫度超過(guò)一定的范圍，晶體將出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)甚至雜晶。當(dāng)堿濃度很高是會(huì)在反應(yīng)團(tuán)塊中生成水玻璃，降低了滲透性能，結(jié)果將部分羥基型方鈉石，影響沸石的純度，當(dāng)堿度低是反應(yīng)不穩(wěn)定不完全。這種方法可獲得A型沸石。
如果合成X型和Y型，可以將高嶺土灼燒至930—1100℃，使其中相當(dāng)數(shù)量的Al２O３轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶于堿的a—Al２O３，以提高其有效硅鋁比，將灼燒過(guò)高嶺土細(xì)粉與10%—20氫氧化鈉溶液混合成淤漿，在20—50℃下老化1—3d然后在80—110℃中水熱結(jié)晶。若堿量高，則生成X型沸石，堿量低，則生成Y型沸石。如將偏高嶺土用氫氧化鈉和四甲胺氫氧化物溶液水熱處理則生成N型沸石，而用KOH和Ba(OH)2溶液處理，則可生成KBA—L型沸石。
這擇合成的沸石分子篩各種雜質(zhì)少，活化好，結(jié)構(gòu)松散，顆粒細(xì)孔，孔隙和裂隙發(fā)育良好，白度可達(dá)90%以上，這樣的分子篩質(zhì)量好，其活性高，穩(wěn)定性好，選擇性好，沸石分子篩是一種晶態(tài)的氧化硅—氧化鋁，具有分子水平的篩分性能，沸石分子篩一般適在附載在載體上做成實(shí)用的各種催化劑。目前高嶺土合成沸石分子篩應(yīng)用研究在陶瓷行業(yè)方面取得了很大進(jìn)展，高嶺土合成沸石分子篩在吸附離子交換和催化性能等方面的利用開(kāi)拓了廣闊的前景。高嶺土合成的沸石分子篩的應(yīng)用隨著研究的深入，其應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大。因次用高嶺土生產(chǎn)沸石分子篩值得研究開(kāi)發(fā)利用。
