沸石分子筛是一类具有奇妙孔道结构和独特晶体化学性质的含水架状硅铝酸盐多孔矿物晶体材料,不仅具有可预测的高效分子筛分功能,还具有离子交换性、吸附性和催化性等许多优异性能,在国民经济建设的许多重要领域有着广泛的现实应用和巨大的潜在价值。以来源广泛、价格相对低廉的天然矿物资源取代传统化工原料合成沸石分子筛,不仅可以高效利用矿物资源,而且还是拓宽沸石分子筛应用领域和开发其潜在价值的重要途径,已经成为沸石分子筛合成与应用的诱人发展方向。然而,天然矿物资源因受其形成地质地球化学条件的制约,通常不能像传统的纯化工原料那样直接作为沸石分子筛合成原料,需要在充分了解原料资源特性的基础上,经过适宜原料与适宜产品选择以及一系列预处理才能使用,合成工艺流程与技术控制参数也有明显的特殊性。尽管当前国内外有许多以天然矿物资源为主要原料合成沸石分子筛的研究与应用成果,但迄今没有著作对天然矿物资源合成沸石分子筛的原料资源特性、原料适宜性、产品适宜性、原料预处理、合成工艺流程与技术控制参数特殊性等重大问题进行系统研究。
以上述问题为探讨重点,推动廉价矿物原料沸石分子筛的合成与应用,是本书写作的基本动机。全书共分为八章。第一章简要介绍沸石分子筛的晶体结构、物理化学性质以及现实应用与潜在价值;第二章在简要介绍沸石分子筛合成理论与技术的基础上,以水热合成法为例,讨论廉价矿物原料合成沸石分子筛适宜性评价技术指标体系以及适宜性原料的资源特性评价问题;第三章主要讨论适宜型廉价矿物原料沸石分子筛合成的预处理工艺流程与技术方法,并根据实验研究结果,介绍了部分常用廉价矿物原料类型的预处理实例;第四章至第七章以实验研究成果为基础,并结合前人的研究成果,重点研究介绍了常见廉价矿物原料合成适宜型沸石分子筛品种的工艺流程、技术控制参数以及产品质量性能;第八章根据沸石分子筛新材料、新技术、新应用的发展,简要介绍纳米沸石分子筛的性质与表征方法、纳米沸石分子筛的合成方法、纳米沸石分子筛组装体系及其现实应用与潜在价值。
全书由张术根同志(中南大学,博士、教授)负责大纲和主要内容组织,并撰写第一章、第二章、第三章、第五章。申少华同志(湖南科技大学,博士后、副教授)撰写了第四章第一、二、三、五节,第七章;李酽同志(中国民航学院,博士后、副教授)撰写第八章和第四章第四节。其余章节由张术根同志和申少华同志共同撰写。文稿撰写完毕后,全书由张术根同志负责修改定稿。
本书的突出特色是强调廉价矿物原料沸石分子筛合成应用必须首先系统研究评价其适宜性,并系统提出了这种适宜性评价的技术指标体系。同时,强调沸石分子筛品种选择必须与原料资源特性相匹配。对于适宜性原料,强调将原料预处理作为一个相对独立的工艺流程与沸石分子筛合成工艺流程分离,视前者为廉价矿物原料沸石分子筛合成应用的技术关键。以实例研究为依托,较系统地提出了原料预处理原则工艺流程与技术方法,对于具体原料对象的沸石分子筛合成工艺流程、技术控制参数也进行了较系统的分析讨论。特别是对于A型沸石分子筛合成工艺,将凝胶化处理工序与晶化处理工序合并后,既简化了合成工艺环节,缩短了合成工艺周期,又降低了合成成本,具有较高的应用价值。
本书是在教育部高校骨干教师资助计划项目“廉价矿物原料沸石分子筛合成试验研究”所取得的专门研究成果基础上完成的。
因为作者理论水平和研究条件有限,缺点错误在所难免,希望读者批评指正。
本书直接引用了许多研究者公开发表的研究资料,这些都已在参考文献中标明,还有其他许多没有直接引用的前人的研究成果也为我们的研究创造了良好的学术条件,我们在此一并致谢!在上述项目研究期间,中南大学人事处、科技处、地学与环境工程学院给予了大力支持,在此表示衷心感谢!作者还要特别感谢博士生导师王大伟教授对作者研究的长期支持,尤其是部分前期研究经费是由他所主持的科研项目所提供的。
作 者
2003年9月8日于长沙