沸石是一类硅酸盐矿物，具有吸附和离子交换功能，并且由于每种沸石有其特定的均一孔径(0.3～1nm)，只能通过相应大小的分子，广泛用作催化剂或载体、干燥剂、饲料添加剂、土壤改良剂、污水净化剂、塑料和造纸填料、海水提钾等。粉煤灰化学成分以二氧化硅和三氧化二铝为主，与沸石有相似的化学组成，为粉煤灰合成沸石提供了可能。目前粉煤灰合成沸石最普遍的方法为水热法。
水热法(Hydrothermalsynthesis)是指在特制的密闭反应器(高压釜)中，以水溶液作为反应体系，采用氧化物或氢氧化物或凝胶体作为前驱物，以一定的填充比加入高压釜中，利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下难溶或不溶的物质溶解或反应生成该物质的溶解产物，通过控制高压釜内的温差产生对流，使溶液达到过饱和状态，通过重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。
水热法合成沸石的基本过程为:粉煤灰中的玻璃相物质在碱性条件下溶解进而生成铝硅酸盐胶体，水热条件下铝硅酸盐胶体再结晶转化为具有相应组成和结构的沸石。在此基础上一些学者针对传统水热法的瓶颈问题对其进行改进，提出了两步水热法、碱熔融-水热法、微波辅助合成法、晶种诱导法等方法。
一步水热法
传统的一步水热法以NaOH、Na2CO3、KOH等为激发剂，将其与水配制成一定浓度的碱性溶液，与粉煤灰按照一定的液固比混合均匀，经一段时间的老化作用，并在适当温度范围内进行晶化，溶液经过滤、洗涤、干燥后得到沸石产品。
一步水热法操作简单，生产成本较低，但水热合成过程能源消耗大、产率低，且合成的沸石产品中常常伴有副产物生成，影响沸石产品的离子交换性能。为改进其存在的问题，基于一步水热法的其他沸石合成方法应运而生。
两步水热法
两步水热法是在一步水热法的基础上演变而来的，其步骤可归纳为:1)将粉煤灰与一定浓度的碱液按比例混合，使粉煤灰中的活性物质溶解，经老化、静置结晶一段时间后，将混合液过滤得到滤液A和滤渣A，将滤渣A洗涤、干燥得到一部分沸石产品;2)检测滤液A中的Si4+、Al3+含量，根据所需向A中添加硅、铝源调整硅铝比，将调整后的混合液在一定温度下反应后过滤、洗涤、干燥，再次得到相应的沸石产品。
两步水热法能充分利用一步法合成过程中废液中的硅、铝离子，通过添加硅源、铝源进一步得到纯度较高的沸石，大大提高了粉煤灰的转化率，但这种方法操作相对复杂，过程中添加硅、铝源使成本提高，且二次合成得到的沸石产量相对较少。
碱熔融-水热法
在水热法之前将固体强碱与粉煤灰按比例混合均匀，在高温(＞500℃)下煅烧，以使粉煤灰中较稳定的石英、莫来石等含硅、铝元素的惰性晶相物质加速溶解。高温煅烧后得到的产物研磨均匀后加入一定量的蒸馏水，根据合成产物的需要适量加入硅源、铝源以调节硅铝比，经搅拌、陈化一段时间，在适当的温度下进行晶化反应，反应结束后对混合液进行过滤、洗涤、干燥，即得到沸石产品。其优点是沸石转化率高，纯度高。但是增加煅烧步骤增加成本。
微波辅助水热法
微波辅助合成法的原理与传统水热法类似，不同之处在于晶化过程中将传统水热法的电热加热方式改为微波加热，在适当温度下老化、晶化后，反应溶液经过滤、洗涤、烘干得到沸石产品。
微波加热合成法能有效缩短反应时间，提高沸石的晶化速度，为粉煤灰合成沸石工业化生产提供了可能，但目前其合成机理尚不明确，而且优质沸石的转化率不理想，关于微波合成法还需更深一步探讨。
晶种诱导水热法
晶种诱导水热法是将适量的所需晶种引入，与粉煤灰、NaOH溶液均匀混合，在较低的温度下晶化一段时间后，经过滤、洗涤、干燥得到目标沸石产品。
在水热反应中引入晶种有利于合成某种特定沸石，且缩短了沸石的合成时间，提高了沸石的纯度，但其诱导机理还需进一步研究。晶种法合成沸石具有较好的发展前景。
展望
随着粉煤灰水热法合成沸石机理研究的深入，以工业化生产为目的的人工沸石高效合成工艺将是迫切需要，尤其以沸石纯度高、结晶度好、转化率较高的晶种诱导水热法和碱熔融-水热法等是未来的研究热点。目前以天然沸石为主要晶种投加的晶种诱导水热法在人工化学合成晶种的开发、投加工艺与诱导合成机理方面还需进一步研究，而低能耗、低成本、高产率的发展目标迫切需求对碱熔融-水热法、二步水热法等进行改进操作步骤、减少物耗能耗等工艺优化。随着充分利用粉煤灰中的硅铝物质水热合成沸石的研究及工业化生产，各种高品质的人工沸石产品将可广泛应用于化学品原材料、吸附材料、建筑材料等，从而实现粉煤灰的资源化综合利用。
(转自：粉煤灰产业联盟)
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