YXTbX3Al5O12完全固溶体合成结构及其发光特性之研究.docVIP

以古亭坑層泥岩水熱合成沸石 Hydrothermal Synthesis of Zeolites from the Mudstone of Kutingkeng Formation 陳 冠 廷1 ■ 雷 大 同2 K.T. Chen 1 D.T. Ray 2 國立成功大學資源工程學系　1研究生 2副教授 古亭坑層泥岩經由水熱反應，在240oC下，以NaOH為礦化劑，可合成沸石礦物。在[NaOH]=1M，產物為方沸石；[NaOH]≥4M，產物轉變為氫氧鈣霞石；反應進行2 hr後，沸石礦物之合成已大致完成。反應之最適固/液比約為1/15。 關鍵詞： 水熱合成， 古亭坑層， 泥岩， 方沸石，氫氧鈣霞石。 The mudstone of Kutingkeng formation can be used to synthesize zeolite minerals by hydrothermal processes at 240oC using NaOH as the mineralizer. At [NaOH]=1M, the product is analcime. When [NaOH] ≥ 4M, the product becomes hydroxycancrinite. The synthesis reactions complete in about two hours. The optimal solids/liquid ratio is approximately 1/15. Key words: Hydrothermal synthesis, Kutingkeng formation, mudstone, analcime, hydroxycancrinite. 壹、前　言 台灣南部台南、高雄東邊之麓山帶丘陵區，為上新世（530萬年前）至早更新世（160萬年前）地層之出露地區，由一巨厚的泥岩地層構成，露頭新鮮面呈青灰色至灰黑色，厚度將近五千公尺，稱為古亭坑層，古亭坑層泥岩經風化及雨蝕後所生成之惡地地形，呈現稱為「月世界」的景觀(1)。古亭坑層泥岩之組成礦物為極細粒之石英，約達40~60%，黏土礦物如伊萊石（約佔黏土礦物之50%）、綠泥石（約35%）、微量膨脹性黏土及少量長石（5%以下）等(1-3)。石英、長石富集於粗粒部份，伊萊石、綠泥石則富集於細粒部份，古亭坑層泥岩分佈的地區，除經營傳統的農業及養殖業外，泥岩本身一般並無作為經濟礦物之利用價值(4)。 沸石是含水之鹼及鹼土金屬鋁矽酸鹽，結構中含貫通孔隙，屬架狀矽酸鹽類礦物，具有分子吸附、離子交換、分子篩等獨特功能，可應用於氣體分子分離/吸附、水中重金屬離子去除、放射性核種囿限、催化劑、清潔劑及肥料之添加物、土壤改良劑等方面，應用範圍廣汎，市場潛在價值極高(5-11)，沸石除天然賦存者可直接採礦利用外，應用於催化劑、清潔劑、分子篩之沸石大多為人工合成者，國內外沸石之合成均以水熱法進行，起始原料有矽藻土、絹雲母及葉蠟石、燃煤飛灰、天然沸石、合成玻璃、凝膠、含矽/鋁/鈉之溶膠(12-25)等，泥岩之化學組成以Si、Al為主，應有合成沸石之潛力。 本研究以古亭坑層泥岩為起始原料，以NaOH為礦化劑，進行水熱合成沸石礦物之試驗，探討反應溫度、NaOH濃度、固/液比、反應時間等條件，對沸石相之生成及沸石晶形、粒徑之影響。 貳、實　驗 2.1 實驗材料 (1)泥岩　本研究所使用之泥岩採集自高雄縣燕巢鄉烏山頂地區，現地採集之泥岩樣品為泥漿狀態，回到實驗室後，先過濾除去大部分之水份，濾餅放入烘箱中，在70℃下烘乾24 hr，烘乾後之礦樣以乾式攪拌機打碎，並過250號篩，存放於容器中，稱為泥岩原樣。 泥岩原樣在0.1%之 (NaPO3)6 溶液中分散，以安德利森瓶量測其粒徑分佈，結果示於圖-1，粒徑分佈符合Gaudin-Schumann函數之描述，分佈曲線斜率約為0.44，d50約為4μm，2μm部份約佔37%，10μm部份約27%。以BET模式測定之比表面積為17.4 m2/g（Micromeritics ASAP2020），以真比重儀（Micromeritics AccuPyc 1330）測定之密度為2.74g/cm3，依此數據計算之比表面積平均直徑為0.13μm。圖-2為泥岩原樣、10 μm、10-2 μm、2 μm分級樣之XRD圖型，顯示泥岩之礦物組成以石英、黏土礦物（伊萊石、綠泥石）及長石為主，石英及長石富集於泥岩之粗粒部份，黏土礦物則富集於細粒部份。泥岩原樣、10 μm、10/2 μm、2μm分級樣之化學組成分析（SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、MgO、Fe2O3）示於表-1。 2.2 實驗設備及步驟 (1) 水熱反應設備　水熱反應是在Milestone Inc