碱激发粉煤灰/矿渣复合体系的性能研究

研究了碱激发剂中SiO2与Na2O含量对碱激发粉煤灰/矿渣复合体系凝结时间和抗压强度的影响,并采用扫描电镜对样品的微观形貌进行表征,研究结果表明:碱激发粉煤灰/矿渣的凝结时间在15～705 min总体而言,激发剂中Na2O含量越高(＞4％),样品的凝结时间越长;SiO2含量越高(＞2％),样品的凝结时间越短.激发剂中SiO2含量为4％,Na2O含量为6％时,样品抗压强度增幅最大.扫描电镜(SEM)结果表明,SiO2含量越高,材料结构越致密;当Na2O含量高于6％时,材料结构变松散.颗粒较细,比表面积较大的粉煤灰碱激发活性高,样品的抗压强度也越高.     

母液中Na2O和Na2SO4对无模板剂合成ZSM-5分子筛的影响

以水玻璃为硅源在无模板剂条件下合成ZSM-5分子筛,体系中Na2O含量通过加入硫酸进行调变.实验详细考察了不同水硅比条件下母液中Na2O和Na2SO4对ZSM-5分子筛合成的影响,并采用XRD、SEM等手段对合成样品进行表征.结果表明,母液中Na2O的比例不仅起到调节碱度的作用,同时对ZSM-5的形成具有结构导向性.当Na2O含量过高时,产物易出现MOR杂晶相,而Na2O含量过低则产生无定形物质.另外,随着母液中水硅比的减小,合成ZSM-5体系所需Na2O/SiO2的范围也相应变窄.合成体系中的Na2SO4对ZSM-5分子筛的晶相影响不大,然而对ZSM-5分子筛的结晶速度有着显著的影响.     

高岭石碱石灰的烧结过程

以CaO-Al2O3-SiO2-H2O和Na2O-CaO-Al2O3-SiO2-H2O体系为对象,通过热力学计算研究了高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)在碱石灰烧结过程中的反应行为.结果表明:在n(CaO)/n(SiO2)为1的高岭石与氧化钙烧结过程中,形成了不能被碱液溶出的2CaO·Al2O3·SiO2和CaO·Al2O3·2SiO2.在n(CaO)/n(SiO2)为1,1.5或2的高岭石碱石灰烧结反应中,CaO·SiO2会与Na2O·Al2O3反应形成Na2O·Al2O3·2SiO2,从而导致在碱性体系中氧化铝的溶出率降低,而3CaO·2SiO2与2CaO·SiO2不与Na2O·Al2O3反应.CaF2对烧结反应有促进作用.     

ZSM-5/MOR共生分子筛的合成机理I——合成工艺对共生物相的影响

以偏硅酸钠和硫酸铝为原料,采用直接合成法合成了ZSM-5/丝光沸石(mordenite,MOR)共生分子筛。通过X射线衍射和扫描电镜分析了合成样品的物相、形貌以及合成溶液中钠、铝含量和干基硅氧摩尔比的变化对ZSM-5/MOR共生分子筛样品结晶度的影响。结果表明:合成的样品是ZSM-5含量为90.3%,MOR含量为9.7%组成的ZSM-5/MOR共生分子筛,其大部分颗粒呈椭圆形和梭形。当合成溶液中n(Na):n(Al)=6,n(SiO2):n(Al2O3)≥20和n(O):n(Si)≥2.536时,合成的共生分子筛结晶度最好。在此基础上,提出了钠离子作为结构导向剂的合成机理。     

丙烯在非有机胺型ZSM-5分子筛上齐聚反应研究

考察了非有机胺法合成ZSM-5分子筛(Si O2/Al2O3=25、40、70)的物化特性和催化性能。采用XRD,SEM、NH3-TPD和FT-IR等手段对合成样品的物化特性进行了表征。结果表明:在本实验中,均可以得到较高纯度的ZSM-5分子筛,甚至Si O2/Al2O3为70的分子筛也没有杂晶相;随着硅铝比的增加,合成的ZSM-5分子筛酸量呈下降趋势,且B酸量相对增加。丙烯齐聚反应评价结果显示:随着硅铝比的增加,催化剂的活性随之降低;齐聚反应的主要产物是支链烃,其中三聚物和四聚物占多数。     

偏高岭石-碱-硅酸钠水热反应体系13X分子筛的合成

以煤系高岭石为主要原料,经破碎、粉磨、煅烧、水热处理等工艺,在偏高岭石-碱-硅酸钠水热反应体系中合成了13X分子筛.扫描电镜分析表明:产物晶形完整、粒度为1μm左右且分布均匀.用X射线衍射测试方法研究混合物的硅铝的摩尔比[n(SiO2)/n(Al2O3)]、钠硅的摩尔比[n(Na2O)/n(SiO2)]、水钠的摩尔比[n(H2O)/n(Na2O)]以及陈化时间对13X分子筛合成的影响.研究表明:该水热反应体系的最佳配比为n(SiO2)/n(Al2O3);高于13X分子筛中自身的n(SiO2)/n(Al2O3)=2.5.反应适宜的碱度条件为:n(Na2O)/n(SiO2)=1.9,n(H2O)/n(Na2O)=40,碱度过高或过低均会出现P型分子筛杂相.陈化过程在13X分子筛的合成过程中不可缺少,其适宜的陈化时间为24h.该水热反应过程遵循分子筛的液相转化机理.     

用蒸汽相法合成4A沸石

研究了采用蒸汽相法合成4A沸石的工艺过程,考察了硅铝摩尔比、水钠摩尔比和晶化时间等不同条件的变化对所生成样品钙交换能力的影响。通过采用X衍射测定样品的结晶度、采用激光粒度仪测定样品的粒度分布和采用EDTA络合滴定法测定样品的钙交换能力,对4A沸石的结构和性能进行了研究。结果表明在较优合成条件(SiO2/Al2O3摩尔比为1 9/1 0,Na2O/SiO2摩尔比为3/1,H2O/Na2O摩尔比为30～40/1,晶化汽温100℃)下,样品粒度分布<4μm(>85%),钙交换能力(以CaCO3计)为300mg/g(沸石),而且样品的粒度分布较窄,能够满足洗涤剂助剂的要求。     

地聚合物胶凝材料的组成设计和结构特征

采用正交设计方法,对影响地聚合物合成的3个关键配比参数:n(SiO2)/n(Al2O3),n(M2O)/n(Al2O3)和n(H2O)/n(M2O)进行了优选和优化.优选出Na地聚合物的最佳配比为:n(SiO2)/n(Al2O3)=4.5,n(Na2O)/n(Al2O3=0.8,n(H2O)/n(Na2O)=5.0.对地聚合物硬化体结构特征、主要组成元素Si,Al的配位状态进行了研究.结果表明:地聚物硬化体中Al元素主要以4配位态形式存在,而Si元素主要以SiQ4(4Al),SiQ4(2Al)形式存在.最后,根据核磁共振谱的测试结果并结合相同化学组成的沸石的空间构型,利用数理统计理论建立了地聚合物的分子结构模型.     

以高岭土和硅藻土为原料原位晶化合成NaY分子筛

利用不同比例的高岭土和硅藻土为原料通过原位晶化方法合成出了结晶度较高的NaY分子筛,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、N2吸附–脱附等测试手段对合成样品进行了表征。着重考察了m（高岭土）：m（硅藻土）（质量比,下同）为6：4和2：8两种比例下,晶化合成体系中n（SiO2）：n（Al2O3）（摩尔比,下同）、n（Na2O）：n（SiO2）和n（H2O）：n（Na2O）对原位晶化产物性能的影响。结果表明：在m（高岭土）：m（硅藻土）为6：4的合成体系中,随n（SiO2）：n（Al2O3）的增大,NaY分子筛的相对结晶度先增大后减小,增大体系的n（Na2O）：n（SiO2）和减小n（H2O）：n（Na2O）都有利于产品相对结晶度的提高;在m（高岭土）：m（硅藻土）为2：8的合成体系中,增大n（SiO2）：n（Al2O3）,NaY分子筛的相对结晶度先增大后减小,但增大n（Na2O）：n（SiO2）和减小n（H2O）：n（Na2O）,NaY分子筛的相对结晶度减小。     

埋炭热处理时Al_2O_3-SiC-TiO_2-C浇注料的物相演变

为了探明可否通过原位反应在Al2O3-SiC-TiO2-C浇注料中合成碳氮化钛,在Al2O3-SiC-C浇注料常规配方中直接加入6%质量分数的TiO2制备了Al2O3-SiC-TiO2-C浇注料,结合1 100~1 500℃下埋炭热处理后浇注料的物相组成分析结果及热力学计算,研究了Al2O3-SiC-TiO2-C浇注料的物相演变过程。结果表明:在热处理温度为1 100℃时,体系内的主要变化为锐钛矿向金红石的转变过程;加热至1 200℃后,体系内的单质硅则可以完全与碳反应生成SiC;当温度升至1 300℃时,体系内的金红石TiO2开始被还原而转变为Ti3O5,同时铝酸钙水泥的主要组分CaO、Al2O3与SiO2之间也开始相互反应生成钙铝石榴石相;温度升高至1 400℃后,莫来石相开始生成,同时Ti3O5继续被还原并氮化转变为碳氮化钛;1 500℃时,已经不再有新相生成,但莫来石和碳氮化钛的量明显增多,且晶格发育更加完善。     

碱激发矿渣基地质聚合物微观结构与性能研究

以矿渣为原料制备矿渣基地质聚合物,重点研究了不同SiO2/Al2O3比对矿渣聚合物性能及微观结构的影响.选取4.5,4.8,5.1,5.4四个SiO2/Al2O3比制备矿渣基地质聚合物,通过XRF、XRD、SEM、TEM、FTIR等手段表征发现,SiO2/Al2O3比为5.1时,碱激发矿渣基地质聚合物具有较高强度,在3 d、7 d、28 d时强度高达97.86 MPa、97.54 MPa和114.91 MPa,其主要产物是水化硅铝酸钙(钠)(N,C-A-S-H)和水化硅酸钙(C-S-H)的混合物.     

500t/a中试规模制备小颗粒4A沸石的研究

在500 t/a的中试设备上,以全化学合成法进行了小颗粒4A沸石合成的中试放大实验。采用正交实验方法考察了原料配比A〔n(SiO2)/n(Al2O3)〕、B〔n(Na2O)/n(Al2O3)〕、C〔n(H2O)/n(Al2O3)〕及晶化时间D(t)对产品性能的影响。通过方差分析,确定出其最佳工艺条件为:n(SiO2)/n(Al2O3)=1.8～1.9,n(Na2O)/n(Al2O3)=3.2～3.4,n(H2O)/n(Al2O3)=80～100,t=20 min。工艺验证实验结果表明,该条件下的中试产品钙交换能力≥295 mg CaCO3/g干基,符合QB1767—2003的一级品标准。     

钙对粉煤灰基土聚水泥性能的影响研究

采用正交试验优化设计制备了粉煤灰基土聚水泥,并进一步研究了钙对粉煤灰基土聚水泥性能的影响。研究表明：硅铝比是影响粉煤灰基土聚水泥强度发展的重要因素,碱铝比次之,水碱比最小;土聚水泥的最佳配比为硅铝比4.6,碱铝比0.8-1.1,水碱比6.0-7.2;不同种类以及掺量的钙质组分对土聚水泥的强度发展影响很大,体系中的钙应控制在适宜范围。     

碱法提高铝硅矿物的铝硅比

采用NaOH溶液时铝硅矿物进行预脱硅处理,测出溶渣中SiO2和Al1O3的含量,计算得出渣中的铝硅比.考察液固比、溶出温度、溶出时间、碱浓度等因素对铝硅矿物溶出后渣中铝硅比的影响.实验表明,在液固比为40∶1、温度95℃、溶出时间3 h、40%碱浓度条件下,矿物的脱硅率可达55%以上.预脱硅后渣中铝硅比由0.89提高到...     

4A沸石合成工艺研究与产物表征

利用正交优选实验研究了硅铝比、钠硅比、水钠比、反应温度和反应时间等5个因素对水热合成4A沸石的影响,在此基础上还研究了超声波辅助水热合成4A沸石,利用XRD、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和钙离子交换能力对4A沸石进行了表征。正交优选实验结果表明:硅铝比是影响4A沸石钙离子交换能力的主要因素,其次是钠硅比和反应时间,水钠比和反应温度的影响最小;水热合成4A沸石的最佳工艺为以硅铝物质的量比为1.5、钠硅物质的量比为2.05、水钠物质的量比为150配制硅铝酸钠凝胶,于130℃下晶化5 h。通过水热合成及超声波辅助水热合成的4A沸石的对比表明:一定时间的超声波辅助水热合成更容易得到较高性能的4A沸石。     

稻壳一次煅烧水热合成P型分子筛

稻壳经稀盐酸煮沸后,用去离子水洗涤至中性,干燥后粉碎并与一定质量的Na2CO3和Al(OH)3粉末混合均匀置于马弗炉中煅烧,煅烧产物采用水热合成法合成P型分子筛.研究发现(SiO2占干燥酸洗稻壳质量分数的20％)当煅烧温度为850℃,煅烧时间为8h,Na2 O/SiO2＝1.2,SiO2/Al2 O3＝4.0,H2 O...     

碱激发剂对钢渣胶凝材料抗压强度的影响

以Na2SiO3, NaOH和Ca(OH)2制备碱性溶液,对钢渣进行活化处理得到碱钢渣胶凝材料,考察了Na2SiO3, NaOH和Ca(OH)2用量对材料的抗压强度影响,并对最优抗压强度的碱钢渣胶凝材料进行了表征. 结果表明,Na2SiO3对碱钢渣胶凝材料的7 d抗压强度影响显著,NaOH对材料的3 d抗压强度影响显著,Ca(OH)2对材料的28 d抗压强度影响显著. 当Na2SiO3, NaOH和Ca(OH)2用量分别为11.25, 4.50和6.75 g时,材料的抗压强度最优. 加入碱性溶液有利于胶凝体系中形成沸石类水化产物.     

Partial replacement of metakaolin with red ceramic waste in geopolymer

Metakaolin was incrementally replaced (33.3%, 50% and 66.6%) by red ceramic waste in geopolymer formulation to study the effect on geopolymerisation and its resultant properties. The geopolymer binders composed of two calcined aluminosilicates (viz. Metakaolin and Red ceramic waste), NaOH and sodium silicate. In the experimental compositions, metakaolin was replaced gradually up to 66.6% in the clay fraction, the Si/Al increased from 3.36 to 5.16 and Na/Al increased from 0.93 to 1.38. The FTIR spectroscopic studies of geopolymer pastes along with XRD analysis indicated that the red ceramic waste partly reacts with alkali and takes part in geopolymer formation. Replacement of 33.3% metakaolin by the red ceramic waste in geopolymer binder did not reduce the compressive strength with respect to the pure metakaolin geopolymer here. Additional replacement resulted in a drastic decrease in the compressive strength of the geopolymer binder. However, the compressive strength of geopolymer mortars revealed interesting synergy between the amount of binder and particle packing in the mortar. Despite having a lower amount of binder phase, mortars with 33% and 50% red ceramic waste exhibited maximum compressive strength values. This has been attributed to improved particle packing through incorporation of red ceramic waste particles.     

低液固比体系高岭土微球原位合成Y沸石

以高岭土微球为全部硅铝原料,经焙烧、碱抽提、水热处理等工艺,直接原位晶化合成了Y分子筛。扫描电镜分析表明：在高岭土微球上均匀生成了晶型完整、粒度为1 μm左右的Y分子筛。结合X射线测试方法详细研究了体系硅铝比、碱度、碱抽提时间、导向剂构成及添加时间对Y分子筛合成的影响。研究表明：该水热反应体系的最佳配比为n(SiO2)/n(Al2O3)=10.0。反应适宜的碱度条件为：n(Na2O)/n(SiO2)=0.56,n(H2O)/n(Na2O)= 35,碱度过高或过低都易有P杂晶生成。碱抽提过程对合成Y分子筛十分关键,最佳的抽提时间控制在12 h。导向剂构成为透明高清状,加入时间控制在碱抽提结束时最优,此时合成的Y分子筛品质最好。