第5卷第7期2011年7月
环境工程学报
ChineseJournalofEnvironmentalEngineeringVol．5，No．7Jul．2011
粉煤灰合成NaX型分子筛的表征
2+Fe离子的吸附研究及其对
全桂英
1
田冬
2*
（1.淮南师范学院物理系，淮南232001；2.淮南师范学院化学系，淮南232001）
摘要以高温碱熔融处理粉煤灰合成了NaX型沸石分子筛，考察了不同水热晶化温度对产物结果的影响，用粉末
XRD、XRF、SEM和FT-IR等手段对产品进行了表征，结果表明，以粉煤灰为原料用水热合成法合成微孔分子筛时，在晶化温
2+
时间和pH值等因素对Fe离子的吸附影度为90℃时能得到晶形较好的NaX型分子筛。同时考察了NaX分子筛的用量、
2+3
响，在25mLFe离子浓度为2×10mg/L的溶液中，当吸附剂用量为0.2g，吸附时间为2h，吸附效率达到最大值（36.41%），而随着溶液pH值的升高其吸附效率显著增大。
2+
关键词NaX分子筛粉煤灰吸附Fe离子
中图分类号
X705
文献标识码
A
9108（2011）07-1637-04文章编号1673-
Studiesonsynthesis，characterzationofzeolitesNaXfromfly
ashesandadsorptionofFe2+ion
QuanGuiying1
TianDong2
（1.DepartmentofPhysics，HuainanNormalUniversity，Huainan232001，China；2.DepartmentofChemistry，HuainanNormalUniversity，Huainan232001，China）
AbstractAfacilemethodwasstudiedtosynthesizezeolitesNaXfromcoalflyashbyalkalinefusionroute．
TheproductsatdifferenthydrothermaltreatmenttemperatureswerecharacterizedbyXRF，XRD，SEMandFT-IR．ItwasfoundthatzeoliteNaXwithhighcrystallinitycouldbesynthesizedfromfusedsolutionat90℃for24h．AndtheadsorptivityofFe2+ionwasstudiedatdifferentpH，times，andqualitiesofthezeolites．Theopera-tionconditionswereoptimizedwhenthequalityofzeoliteNaXwas0．2g，thetimeofadsorptionprocesswas2hin25mL2×103mg/LFe2+ionsolutionrepectively．TheadsorptivityofFe2+ionachievedtothemaxvalue（36.41%）．AndtheefficiencyofadsorptionofFe2+ionincreasedobviouslywiththepHofsolution．
KeywordszeoliteNaX；flyash；adsorption；Fe2+ion自从沸石分子筛被发现以来，由于其独特的结构特征而被广泛地应用在吸附、分离和催化等领域中
［1-3］
℃和90℃）制备了NaX型分子筛，制备方法较为简
便，在较高的晶化温度（90℃），得到了分散度高、晶
［10-12］
。形好的正八面体的NaX型分子筛
利用分子筛来吸附、分离和富集重金属离子一［13］
Fe2+离子是人体直是人们研究的热点问题之一，
所必需的微量元素，是人体血红蛋白的重要组成部2+分，从水液中利用微孔分子筛来吸附Fe离子，可
2+
以用于实现Fe离子的分离、富集和检测，考察了
。NaX型分子筛是一类含有六圆环结构的分
子筛，在吸附和催化中有较好的应用，人们也将其制
备成无机薄膜等各种形态来使用，合成原料有硅酸钠和偏铝酸钠，也可以是粉煤灰，以粉煤灰为原料有
［4，5］
。以工业废弃物粉煤灰为原比较好的应用前景
料时，提高了粉煤灰的综合利用率，符合低碳经济发
展思路，目前有较多的文献都报道了以粉煤灰为原分离和离子料合成NaX型分子筛以及它们在吸附、
［6-9］
。目前大多数文献都探讨了交换等领域的应用
原料中硅和铝的不同含量比例对合成分子筛晶型结
构的影响，对于合成温度的不同而造成分子筛晶型结构转变的报道不多，本文中，在不同的温度下（60
基金项目：安徽省教育厅自然科学基金资助项目（KJ2010B449，
KJ2011B157）
收稿日期：2011－01－11；修订日期：2011－02－22
作者简介：全桂英（1975～），女，讲师，主要从事纳米材料的合成及
mail：quanguiying_2006@163．com应用研究工作。E-*通讯联系人，E-mail：tiandong@mail．ustc．edu．cn
1638
环境工程学报第5卷
2+
它在不同分离条件下对模拟水液中的Fe离子吸
2+
附影响，可以很方便地吸附和富集Fe离子。测定）。用粉末X射线衍射法测得粉煤灰的谱图如
图1所示，由图1可知，其主要的晶相是莫来石（3Al2O3·2SiO2）和石英（SiO2）。
1
1.1
实验
原料和试剂
所用粉煤灰来自大唐淮南洛河火力发电厂（安
NaOH（上海国药集团，AR），去离子水。徽淮南），1．2
实验过程
采用碱熔融处理方法，水热合成路线。典型实
验过程如下：称取一定质量的粉煤灰，研磨过筛（100目）后，加入固体充分混合（m粉煤灰∶mNaOH=1∶1．2）后置于马弗炉中550℃煅烧1h，冷却后加入去然后离子水于室温下搅拌24h（m固体∶m水=1∶4），
图1Fig．1
粉煤灰原料的XRD谱图
X-raydiffractionpatternsofflyash
将整个混合液转移到内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应
2．2分子筛的表征
90℃和120℃温度下晶化24h，釜中，分别在60℃、
2．2．1XRD表征
过滤，充分洗涤，于80℃烘干后，所得产品分别标记
图2是不同晶化温度下产物的粉末XRD谱图，
1、X-2和X-3。为：X-90和120℃，产物的晶化温度分别是60、由图2可1．3离子吸附实验
1和X-2具有相似的衍射峰，知，产物X-具有NaX2+
Fe往已知浓度的离子溶液中加入一定质量
1380），型分子筛的特征衍射峰（PDF39-衍射峰峰形
NaX（X-2），型分子筛样品在一定条件下测定其的
规则、尖锐，其中（111）面的衍射峰最强，说明都是2+2+
对Fe离子的吸附大小，溶液中的Fe离子采用邻
NaX分子筛的构型，2的峰强度更大，但是X-说明了
二氮菲显色分光光度法测定，用标准曲线法测定吸
在形成NaX型分子筛的时候，在90℃晶化时所得到
附前后的金属离化浓度，以752型紫外-可见分光光
的晶型更好（SEM照片也说明了这一点）。当晶化
度计测定，定量波长λ=510nm，计算吸附效率。公
温度升到120℃时，产品的晶型发生改变，衍射峰如
式如下：
3所示，图中X-转化为NaSOD的分子筛构型。
A=（C0–C1）/C0×100%A为吸附率（%）；C0为吸附前的溶液离化浓度（mg/L）；C1为吸附后的溶液离化浓度（mg/L）。1.4
表
征
1800型X射线荧光光谱粉煤灰的成分用XRF-2000型X射仪测定（日本Shimadzu公司），用DX-线衍射仪（CuKα辐射，λ=0.15418nm，电压40
kV，电流30mA，步长0.04°）测定产品的物相，以Quanta200型环境扫描电子显微镜观察产品的形貌
22型FT-IR测定产品特征（FEI公司），以VECTOR-Bruker公司）。的结构（KBr压片，
2．2．2
图2
Fig．2
样品的XRD谱图
X-raydiffractionpatternsofsamples
2
2.1
结果与讨论
原
料
SEM表征
图3是不同晶化温度下产物的SEM照片，由图
3可知，在60℃的晶化温度下得到的分子筛的颗粒
2的照片显示，而且晶形差。产物X-晶所用粉煤灰的主要成分分别为：SiO241.8%、大小不均匀，
分散度好，形状规整，由高分辨的SEMAl2O325.63%、Fe2O33.46%、MnO0.018%、TiO2体大小均匀，
单个晶体直径大小约1.76%、CaO2.14%、K2O0.93%、MgO0.44%、照片可见明显的八面体结构，
说明提高水热晶化温度就可以提高晶体NaO0.50%、BaO0.037%以及SO4.20%（由XRF为2.8μm，
2
3
第7期全桂英等：粉煤灰合成NaX型分子筛的表征及其对Fe
2+
离子的吸附研究
1639
图3
Fig.3
样品的SEM照片
Scanningelectricitymirrorimagesofsamples
图5
Fig．5
不同量的分子筛的吸附效率
的质量。2．2．3FT-IR表征
X-1和X-2产物的红外光谱谱图如图4所示，
－1
的红外光谱吸收峰比较相似，在3300cm左右的位置宽的吸收峰是分子筛表面吸附的游离水分子
－1
的—OH基团的伸缩振动峰，在1000cm左右位置的强吸收峰归属于NaX型分子筛内部四面体的不
－1－1
对称伸缩振动，在740cm和670cm左右位置的吸收峰归属为NaX型分子筛中双六元环的特征振动。
AdsorptionefficiencywithdifferentqualitiesofX-2
图6
Fig．6
吸附时间对吸附效率的影响
Adsorptionefficiencywithdifferentreactiontimes
衡，延长时间后效果增加不大。2．3．3pH值对Fe2+的吸附影响
图4
Fig．4
IR谱图样品的FT-
Infraredspectrapatternsofsamples
虽然邻二氮菲理论pH值在2～9之间都能和
Fe2+离子形成络合物，都可以用分光光度法来测定，pH值过低时显色反应进行较慢，pH值过高则Fe2+
NaOAc离子将水解，通常在pH值约为5的HOAc-缓冲介质中测定。但若适当改变溶液的pH值则对
Fe2+离子的吸附产生很大的影响，由图7可知，当
2．32．3．1
对Fe
2+
离子的吸附行为测定
2+
最佳吸附用量的确定
溶液25mL中，
pH值到达6左右时吸附率能到达85%，主要原因
0.12、0.14、分别加入不同质量的分子筛（m=0.10、2+
生成的在较高的pH值下Fe离子的水解性增加，
0.16、0.18、0.20和0.22g），由图5可知，当吸附剂
胶体状态极易被比表面积大的分子筛吸附所至，但
用量由0.1g增加到0.16g时，亚铁离子去除率缓
是当pH值超过7以后显色产物不稳定而造成了测
慢增加，在吸附剂用量由0.16g增加到0.18g时，量灵敏度降低，所以把pH值最大控制在6．5。亚铁离子去除率的增加幅度较大，吸附剂的用量增加到0.2g时，去除率已经达到最大，再增加用量3时，去除率已趋于饱和，因而在质量浓度为2μg/mL含Fe
2+
在质量浓度为2μg/mL含Fe
结论
溶液25mL中，最佳吸附剂用量为0.2g。
粉煤灰经过碱熔融处理后，配置成混合液，通过
控制溶液水热晶化过程的温度，可提高NaX型分子筛的结晶度，改变沸石分子筛的形貌，在90℃时在反应釜中能生成NaX型分子筛的大晶体。在考察分子筛对Fe离子的吸附实验时，当分子筛用量比为0．008g/mL，吸附时间在2h时吸附达到平衡，同
2+
2．3．2
最佳吸附时间的确定
由图6可知，随时间的增加，溶液中的离子在分
子筛中扩散度增大，吸附效率也增加，当达到2h左右时，离子的吸附和解吸基本达到稳定，吸附达到平
10
环境工程学报第5卷
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Fig．7
AdsorptionefficiencywithdifferentpH
时pH值对吸附效率有很大的影响，在酸性的溶液中吸附效率较弱，而在偏碱性的溶液中吸附效率大大增强。结果表明，
所制备的分子筛能够用于水溶液中Fe2+
离子的吸附和分离。参考文献
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