NaY母液制备硅铝凝胶过滤性能影响因素及工业优化

NaY母液制备硅铝凝胶过滤性能影响因素及工业优化

姜山，李海，裴永稚

（中国石油兰州石化公司 催化剂事业部，甘肃 兰州 730060）

摘要：随着催化裂化催化剂生产技术的环保清洁化，NaY母液回收减少资源浪费成为主要研究内容。本研究旨在探讨NaY母液制备硅铝凝胶过滤性能影响因素，并提出了相应的工业优化措施。通过生产实践摸索和实验验证，发现母液的调配方式、调配pH值调配、老化时间对凝胶过滤性能的重要影响，并提出了相应的优化方案。本研究为NaY母液制备硅铝凝胶工业化提供了理论依据和实践指导。

关键词：硅铝凝胶；NaY母液；母液回收；过滤性能；NaY分子筛

1 引言

NaY分子筛是一种广泛应用于石油化工、精细化工和环保等领域的催化剂[1]。在NaY分子筛的合成过程中，会产生大量的NaY母液，其中含有丰富的硅铝资源。这些母液通常被直接排放或处理，造成了资源的浪费和环境的污染[2]。因此，如何有效地回收和利用母液中的有价值成分，成为了分子筛合成领域的一个重要研究方向。本文利用NaY母液制备硅铝凝胶，并对其过滤性能进行了深入研究。

2 NaY母液制备硅铝凝胶

2.1 NaY母液制备硅铝凝胶原理

在NaY分子筛的晶化母液中硅的浓度低，硅主要是以Na2SiO3的形式存在的[3]。晶化母液就是浓度较稀的水玻璃溶液，当向其中加入硫酸铝溶液，使母液中H+浓度变大，硅酸负离子与H+结合的产物之间发生氧联反应，生成硅酸二聚体。二聚体间相互聚合生成多聚体。多聚体和氢氧化铝胶体聚合，生成无定形的硅铝凝胶。凝胶形成与聚合过程可用下式表示：

3 Na2SiO3+ Al2(SO4)3+6H2O=3SiO2·H2O↓+2A1(OH)3↓+3Na2SO4

硅铝凝胶是由3-5nm的硅铝初级粒子疏松地堆积在一起，形成不规则形状的聚集体，即二次粒子，其直径为0.05-3.00μm，而硅铝凝胶是将硅氧四面体相互联结起来的一个随机的三维空间网[4]。硅和铝原子处于四面体中央，因此硅原子和铝原子是通过氧桥相连的。由于硅氧四面体和铝氧四面体的随机排列，与一个铝原子相邻的原子可以是铝或硅，故在硅铝凝胶的制备过程中，形成这种硅铝凝胶的聚集体对其过滤性能具有较大的影响。

2.2 工业流程简介

    NaY分子筛合成过程中过量投入的硅未参与晶化反应，在NaY分子筛晶化浆液进行固、液分离时，这部分氧化硅和氧化钠就进入了NaY分子筛滤机的母液和洗液中。将收集的母液、洗液混合后加入硫酸铝溶液进行沉降反应形成硅铝凝胶胶体，再通进行分离，得到的硅铝凝胶滤饼可用于NaY分子筛成胶使用，从而达到回收硅的目的[5]。

图1 NaY母液回用技术流程示意

3 硅铝凝胶过滤性能影响因素分析及优化

硅铝凝胶的聚集状态决定其过滤性能，工业制备硅铝凝胶的过程和反应过程中也是在不断发生聚合、缩聚等变化，对凝胶的过滤性能都有影响。

3.1 凝胶调配方式对凝胶过滤性能的影响

传统凝胶调配方式有多种方法，根据以往的实际经验不同的调配方法对硅铝凝胶的过滤速度快慢不一。因此本文进行了小试试验，考察凝胶调配方式对其过滤性能的影响。

表 2 凝胶调配方式与凝胶过滤速度的关系

由上表试验数据可看出，采用4#调配方式后凝胶过滤性能明显改善。先加硫酸铝体系始终处于酸性条件下，硅酸钠接触到的是高浓度硫酸铝，反应速度快，迅速形成硅铝凝胶，搅拌一段时间后凝胶发生聚合、缩聚等反应，结构更加稳定。同时母液与硫酸铝同时加则保证了反应物浓度自始至终稳定，所以实验过程没有出现稠度变化。在工业生产中，对上述操作进行固化，保证了硅铝凝胶的过程性能。

3.2 凝胶调配pH值方式对凝胶过滤性能的影响

图2 硅铝凝胶pH值对硅铝凝胶过滤性能的影响

由图2可见：随着NaY分子筛母液调配pH值的增大，硅铝凝胶的过滤性能明显改善。工业生产中需综合考虑环保等因素，因此综合硅铝凝胶调配pH值不宜大于10。

3.3 老化时间对凝胶过滤性能的影响

图3 老化时间对硅铝凝胶过滤性能的影响

从图3可见：硅铝凝胶过滤时间随着搅拌时间的延长呈现增大趋势。搅拌10小时后的硅铝凝胶过滤时间较长，原因为机械搅拌，能够破坏聚合物的形态，导致过滤性能变差。因此，必须综合考虑反应的完全程度和硅铝凝胶的过滤性能，确定凝胶老化反应时间以0.2h为宜。在工业生产中应根据实际生产步骤严格控制好硅铝凝胶老化时间。

4 结论

本文利用NaY母液制备了硅铝凝胶，并对其过滤性能进行了深入研究。通过实验研究，我们发现凝胶的调配方式、调配的pH值、老化时间对硅铝凝胶的过滤性能有着重要的影响。再次基础上提出了工艺优化方案，可以有效提高硅铝凝胶的过滤性能，为相关工业生产提供有益参考。

参考文献

[1]吴岩，董鹏等.分子筛合成母液回用技术研究进展[J]，石油炼制与化工，2024.55（2）：110-113.

[2]伍欣华,陈媛媛等. Y分子筛含硅母液和滤液绿色回用工程技术开发[J].石油炼制与化工,2021,52(8):102-107.

[3]张奖池，周艳，邹凌峰.NaY晶化母液制备硅铝胶的技术探讨[J].石化技术，2002，9(2)：83-84.

[4]邹凌峰.NaY晶化母液制备硅铝胶的技术探讨[J].工业催化，2022，（10）6：56-60.

[5]姜山,蔡志军，李雪礼.NaY分子筛工业合成影响因素分析及对策[J]石化技术与应用,2017:35（5）：371-374.