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我国工业化的迅猛发展导致了一系列的环境问题,其中温室效应尤为严重,导致温室效应的气体主要为CO2,目前对CO2的捕集已经成为我国可持续发展的工作重点之一。菱沸石具有特殊的笼形结构和三维孔道体系,且具有良好的离子交换能力,可对CO2等温室气体进行吸附。利用碱熔融水热合成法可用工业废弃物粉煤灰制备沸石CHA,不仅实现了粉煤灰的废物利用,而且吸附了 CO2这一温室气体,达到了“以废治废”的目的。本课题主要从三个方面进行探索:硅铝比对合成粉煤灰基沸石CHA的影响、粉煤灰基沸石CHA的离子交换改性以及粉煤灰基沸石和离子交换改性沸石X(Z)-CHA对CO2的吸附性能研究。研究表明,粉煤灰的主要成分为SiO2和Al2O3,能够为合成沸石CHA提供必要的硅源和铝源,是一种合成沸石CHA的理想原料。粉煤灰中还含有石英和莫来石等杂质,利用碱熔融水热合成法得到的沸石样品中不含石英和莫来石等成分,说明合成的沸石CHA样品杂质较少。当硅铝比为2和3时,各衍射峰与钾型菱沸石的衍射峰吻合程度较好,测得的结晶度分别为68%和67%,说明合成的沸石CHA样品纯度较高;而硅铝比为4和5时结晶度仅为34%和32%,结晶度较低。此外,当硅铝比分别为2、3、4、5时,粉煤灰基沸石CHA对CO2气体的吸附量分别为1.70mmol/g、1.62mmol/g、0.77mmol/g和0.75mmol/g。当硅铝比为2时,沸石CHA的性能最好,对C02气体的吸附量达到最大值。利用Zn2+、Cs+和Cu2+三种金属阳离子对沸石CHA样品进行离子交换改性,通过XRF、XRD、IR等各种表征方法得知其各方面性能均得到了提高。通过XRD图谱可以看出离子交换改性并没有改变原沸石的内部结构和三维孔道体系,其衍射峰与钾型菱沸石的标准衍射峰吻合情况较好;通过IR图谱可以看出离子交换改性后样品所含有的化学键和官能团并没有被破坏,仍具有原沸石CHA的化学组成;通过SEM图可以看出,原样品中的粘连现象进一步减少,说明离子交换反应提高了样品的纯度,单位沸石样品对C02的吸附性能得到了很大的提升。本课题还利用了热重分析仪对离子交换改性沸石X(Z)-CHA样品进行C02吸附性能测试。沸石Cs(Z)-CHA样品对C02的吸附量最高,达到2.34mmol/g,相对于原沸石CHA样品其吸附量提升比例为37.65%,而Zn(Z)-CHA以及Cu(Z)-CHA样品对C02的吸附量相对较低,分别为2.03mmol/g和2.11mmol/g,相对于原沸石CHA样品其吸附量提升比例仅为19.41%和24.12%。对应的离子交换改性最佳条件是:控制不同盐溶液浓度对沸石CHA进行改性,Zn2+和Cu2+对应的最优条件是0.005mol/L,Cs+对应的最优条件是0.001mol/L;控制不同交换时间对沸石CHA进行改性,Zn2+对应的最优条件是4h,Cs+和Cu2+对应的最优条件是2h;控制不同交换温度对沸石CHA进行改性,三种离子对应的最优条件均为0℃。