D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.0L.02 第29卷第1期 北京科技大学学报 Vol.29 No.1 2007年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2007 快速溶胶凝胶法制备钾霞石及其反应机理 郑骥12)马鸿文) 1)中国地质大学（北京）矿物材料国家专业实验室，北京1000832)北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要在不使用任何有机溶剂的条件下，使用氨水调节pH值，正硅酸乙酯一硝酸钾一硝酸铝一水体系在5~12mi内即迅速 胶凝.干凝胶在862℃下热处理生成的钾霞石物相单一、颗粒大小均匀、平均粒径为8hm·硝酸盐水解产生的氢离子以及随后 加入的氨水相当于进行了先酸后碱的催化，促使正硅酸乙酯（以TEOS表示）迅速水解、聚合.”A1NMR分析证实铝硅酸盐溶 胶聚合按照五配位铝中间体机理进行， 关键词钾霞石：溶胶凝胶法：胶凝：催化剂：五配位铝中间体 分类号TQ170.7 钾霞石(KA1SiO4)是一种铝硅酸盐矿物，钾含 称量、混合，水：正硅酸乙酯物质的量的比为25，使 量高，高温时结构稳定，在乙苯脱氢制苯乙烯、烃类 用恒温磁力搅拌器进行强力搅拌，混合均匀后缓慢 蒸汽转化制氢以及合成氨等行业用作催化剂助剂， 滴加氨水，倾斜容器与水平面成45°，胶体表面未见 具有良好的应用前景[].溶胶凝胶工艺具有产品 明显流动，即可认为此时混合体系已经凝胶化，从原 颗粒细、成分均匀的优点，因此很多研究者开展了利 料开始混合到形成凝胶所用时间即为胶凝时间，湿 用溶胶凝胶法制备钾霞石的研究[].然而，溶胶 凝胶使用电热鼓风干燥箱105℃干燥，干凝胶在马 凝胶法合成铝硅酸盐通常使用金属醇盐作为原料、 弗炉中进行晶化热处理制备钾霞石 乙醇或者其他有机质作为溶剂，工艺成本较高，且成 胶时间少则几小时，多则数天，限制了其工业应用， 2实验结果及讨论 本实验采用廉价的硝酸盐作为原料，在不使用 2.1干凝胶晶化热处理 有机溶剂的条件下，利用氨水调节pH值，实现了快 在实验条件下，pH=9~10时，混合体系5~ 速胶凝，将制备得到的干凝胶进行热处理后成功制 12min内即可迅速转变成凝胶，将得到的湿凝胶干 备了钾霞石，并对反应机理进行了探讨 燥后进行差热分析以确定凝胶的晶化处理温度 1实验方法 1140℃为差热分析峰中出现的最高吸热峰温度， 862℃则与文献报道的钾霞石由六方晶系转变成斜 1.1原料及仪器 方晶系的相变温度一致门.因此，选择这两个温度 实验所用试剂：北京益利精细化学品有限公司 作为热处理温度，干凝胶862℃热处理12h得到样 生产的正硅酸乙酯（以TEOS表示）、硝酸铝、氨水， 品Ks1,1140℃晶化1h得到样品Ks2,1140℃晶 北京刘李店化工厂生产的硝酸钾，以上试剂均为分 化4h得到样品Ks3. 析纯，蒸馏水为实验室自制， 2.2合成粉体形貌及粒度分布 样品红外分析使用PE983G红外分光光度计， 在扫描电镜下观察可见，常温干燥得到的干凝 物相分析使用日本D/Max-RC X射线衍射仪，粒度 胶为微米级不规则的块体和细小的球状颗粒，如 分析使用英国Malvern公司Mastersizer2000激光 图1(a)所示；晶化热处理后得到的粉体颗粒形状不 粒度仪 规则，有少量较规则的20m左右大小的板状或片 1.2钾霞石制备 状产物，如图1(b)所示；粉体中存在着明显的团聚 分析纯的硝酸钾、硝酸铝、正硅酸乙酯按钾霞石 现象，如图1(c)所示，一次粒子大小均匀，但常团聚 KAISi(04化学计量物质的量的比K:AI:Si=1:1:1 成几十个微米的二次粒子 收稿日期：2005-10-08修回日期：2006-04-20 利用Mastersizer2000激光粒度仪分析干凝胶 基金项目：教育部博士学科点研究基金资助项目(N。,1999049114) 和热处理后得到的粉体的粒度分布，结果如图2所 作者简介：郑骠(1977一)：男，博士研究生；马鸿文(1952一)，男， 示，表1列出了粒度分布的中位粒径d0和表面积 教授，博士生导师
快速溶胶凝胶法制备钾霞石及其反应机理 郑 骥12） 马鸿文1） 1） 中国地质大学（北京）矿物材料国家专业实验室北京100083 2） 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 摘 要 在不使用任何有机溶剂的条件下使用氨水调节 pH 值正硅酸乙酯－硝酸钾－硝酸铝－水体系在5～12min 内即迅速 胶凝．干凝胶在862℃下热处理生成的钾霞石物相单一、颗粒大小均匀、平均粒径为8μm．硝酸盐水解产生的氢离子以及随后 加入的氨水相当于进行了先酸后碱的催化促使正硅酸乙酯（以 T EOS 表示）迅速水解、聚合．27Al NMR 分析证实铝硅酸盐溶 胶聚合按照五配位铝中间体机理进行． 关键词 钾霞石；溶胶凝胶法；胶凝；催化剂；五配位铝中间体 分类号 T Q170∙7 收稿日期：20051008 修回日期：20060420 基金项目：教育部博士学科点研究基金资助项目（No．1999049114） 作者简介：郑 骥（1977－）男博士研究生；马鸿文（1952－）男 教授博士生导师 钾霞石（KAlSiO4）是一种铝硅酸盐矿物钾含 量高高温时结构稳定在乙苯脱氢制苯乙烯、烃类 蒸汽转化制氢以及合成氨等行业用作催化剂助剂 具有良好的应用前景［1－3］．溶胶凝胶工艺具有产品 颗粒细、成分均匀的优点因此很多研究者开展了利 用溶胶凝胶法制备钾霞石的研究［4－6］．然而溶胶 凝胶法合成铝硅酸盐通常使用金属醇盐作为原料、 乙醇或者其他有机质作为溶剂工艺成本较高且成 胶时间少则几小时多则数天限制了其工业应用． 本实验采用廉价的硝酸盐作为原料在不使用 有机溶剂的条件下利用氨水调节 pH 值实现了快 速胶凝将制备得到的干凝胶进行热处理后成功制 备了钾霞石并对反应机理进行了探讨． 1 实验方法 1∙1 原料及仪器 实验所用试剂：北京益利精细化学品有限公司 生产的正硅酸乙酯（以 TEOS 表示）、硝酸铝、氨水 北京刘李店化工厂生产的硝酸钾以上试剂均为分 析纯．蒸馏水为实验室自制． 样品红外分析使用 PE983G 红外分光光度计 物相分析使用日本 D／Max－RC X 射线衍射仪粒度 分析使用英国 Malvern 公司 Mastersizer 2000激光 粒度仪． 1∙2 钾霞石制备 分析纯的硝酸钾、硝酸铝、正硅酸乙酯按钾霞石 KAlSiO4化学计量物质的量的比 K∶Al∶Si＝1∶1∶1 称量、混合水∶正硅酸乙酯物质的量的比为25使 用恒温磁力搅拌器进行强力搅拌混合均匀后缓慢 滴加氨水倾斜容器与水平面成45°胶体表面未见 明显流动即可认为此时混合体系已经凝胶化从原 料开始混合到形成凝胶所用时间即为胶凝时间．湿 凝胶使用电热鼓风干燥箱105℃干燥干凝胶在马 弗炉中进行晶化热处理制备钾霞石． 2 实验结果及讨论 2∙1 干凝胶晶化热处理 在实验条件下pH＝9～10时混合体系5～ 12min内即可迅速转变成凝胶．将得到的湿凝胶干 燥后进行差热分析以确定凝胶的晶化处理温度． 1140℃为差热分析峰中出现的最高吸热峰温度 862℃则与文献报道的钾霞石由六方晶系转变成斜 方晶系的相变温度一致［7］．因此选择这两个温度 作为热处理温度．干凝胶862℃热处理12h 得到样 品 Ks－11140℃晶化1h 得到样品 Ks－21140℃晶 化4h 得到样品 Ks－3． 2∙2 合成粉体形貌及粒度分布 在扫描电镜下观察可见常温干燥得到的干凝 胶为微米级不规则的块体和细小的球状颗粒如 图1（a）所示；晶化热处理后得到的粉体颗粒形状不 规则有少量较规则的20μm 左右大小的板状或片 状产物如图1（b）所示；粉体中存在着明显的团聚 现象如图1（c）所示一次粒子大小均匀但常团聚 成几十个微米的二次粒子． 利用 Mastersizer2000 激光粒度仪分析干凝胶 和热处理后得到的粉体的粒度分布结果如图2所 示．表1列出了粒度分布的中位粒径 d50和表面积 第29卷 第1期 2007年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．1 Jan．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．01．012
.56. 北京科技大学学报 第29卷 平均粒径d、·热处理后得到的粉体粒度分布均匀， 61之间，与扫描电镜中观察到的大颗粒的粒径相 但在小于10m范围内出现了明显的肩峰，表明粉 符，而表面积平均粒径数据则与一次粒子的大小相 体中存在着团聚现象，随着热处理温度的升高和保 一致，862℃焙烧12h得到的粉体的平均粒径为 温时间的延长，样品的粒度分布范围变大，与干凝 8m,中位粒径和表面积平均粒径都存在Ks-3> 胶相比，热处理后粉体中出现了小于1m的颗粒. Ks一2>Ks一1的关系，这与热处理温度越高，保温时 这种颗粒细化现象在三种粉体样品中都能看到.根 间越长，则颗粒尺寸越大的固相反应动力学规律相 据激光散射法计算出的粉体的中位粒径在21 一致 (8I 图1干凝胶(a)和热处理后粉体(b),(c)扫描电镜照片 Fig-1 SEM photos of dried gel (a)and baked gel (b),(c) 干凝胶 (222) '、Ks-2 (2T1) (232) Ks-1 K5-3 Ks-2 Ks-l 人Ks-3 PDF48-1028 10 100 颗粒尺寸加m 0 20 30 40 50 20() 图2干凝胶和热处理后粉体的粒度分布 图3合成粉体的X射线衍射图谱 Fig.2 Particle size distributions of dried gel and baked gel Fig-3 XRD patterns of synthesized kalsilite powders 表1合成粉体的中位粒径ds0和表面积平均粒径d 表2合成钾霞石晶胞参数 Table 1 Particle size data of baked gel Table 2 Unit cell parameters of synthesized kalsilite 样品 dso/!m ds/Um 样品 ao/nm bo/nm colnm a/()B/(')7/(") Ks-1 21 8 K-11.3631.3611.425100.23102.5263.09 Ks-2 45 11 K-21.3651.3611.393 99.41101.9263.28 Ks-3 61 18 K-31.3691.3891.37999.18101.4162.16 2.3合成粉体物相 就变得越扁平. 图3给出了合成粉体Ks一1，Ks一2，Ks-3的X 图4给出了合成钾霞石Ks一1的红外光谱图. 射线衍射图谱.与PDF卡片48-1028(KAISiO4)对 3438cm1谱带归属于吸附水的振动.1382cm归 比可以看出，产物均为钾霞石，且不含其他物相，表 属于NO3的伸缩振动，应是合成样品中残留的硝 明实验所采用的合成工艺制备钾霞石完全可行， 酸根离子所致，可通过水洗除去，在波数小于 表2列出了根据XRD数据计算得到的合成钾 1000cm范围内出现了三个特征谱带，其中 霞石的晶胞参数8].钾霞石晶胞α轴和b轴随着热 988cm-1代表Si(Al)0反对称伸缩振动，690cm-1 处理温度升高和晶化时间延长而变大；c轴与之相 代表Si(A1)0对称伸缩振动，457cm-1代表 反，温度越高，时间越长，则轴长越短，可以看出，晶 Si(Al)0弯曲振动，所得谱峰与文献[9]完全吻合， 化热处理温度越高，保温时间越长，合成钾霞石晶胞 表明已经形成Si(Al)OSi(AI)的网络结构
平均粒径 dS．热处理后得到的粉体粒度分布均匀 但在小于10μm 范围内出现了明显的肩峰表明粉 体中存在着团聚现象．随着热处理温度的升高和保 温时间的延长样品的粒度分布范围变大．与干凝 胶相比热处理后粉体中出现了小于1μm 的颗粒． 这种颗粒细化现象在三种粉体样品中都能看到．根 据激光散射法计算出的粉体的中位粒径在21～ 61μm之间与扫描电镜中观察到的大颗粒的粒径相 符而表面积平均粒径数据则与一次粒子的大小相 一致862℃ 焙烧12h 得到的粉体的平均粒径为 8μm．中位粒径和表面积平均粒径都存在 Ks－3＞ Ks－2＞Ks－1的关系这与热处理温度越高保温时 间越长则颗粒尺寸越大的固相反应动力学规律相 一致． 图1 干凝胶（a）和热处理后粉体（b）（c）扫描电镜照片 Fig．1 SEM photos of dried gel （a） and baked gel （b）（c） 图2 干凝胶和热处理后粉体的粒度分布 Fig．2 Particle size distributions of dried gel and baked gel 表1 合成粉体的中位粒径 d50和表面积平均粒径 dS Table1 Particle size data of baked gel 样品 d50／μm dS／μm Ks－1 21 8 Ks－2 45 11 Ks－3 61 18 2∙3 合成粉体物相 图3给出了合成粉体 Ks－1Ks－2Ks－3的 X 射线衍射图谱．与 PDF 卡片48－1028（KAlSiO4）对 比可以看出产物均为钾霞石且不含其他物相表 明实验所采用的合成工艺制备钾霞石完全可行． 表2列出了根据 XRD 数据计算得到的合成钾 霞石的晶胞参数［8］．钾霞石晶胞 a 轴和 b 轴随着热 处理温度升高和晶化时间延长而变大；c 轴与之相 反温度越高时间越长则轴长越短．可以看出晶 化热处理温度越高保温时间越长合成钾霞石晶胞 图3 合成粉体的 X 射线衍射图谱 Fig．3 XRD patterns of synthesized kalsilite powders 表2 合成钾霞石晶胞参数 Table2 Unit cell parameters of synthesized kalsilite 样品 a0／nm b0／nm c0／nm α／（°） β／（°） γ／（°） Ks－1 1∙363 1∙361 1∙425 100∙23 102∙52 63∙09 Ks－2 1∙365 1∙361 1∙393 99∙41 101∙92 63∙28 Ks－3 1∙369 1∙389 1∙379 99∙18 101∙41 62∙16 就变得越扁平． 图4给出了合成钾霞石 Ks－1的红外光谱图． 3438cm －1谱带归属于吸附水的振动．1382cm －1归 属于 NO － 3 的伸缩振动应是合成样品中残留的硝 酸根 离 子 所 致可 通 过 水 洗 除 去．在 波 数 小 于 1000cm －1范 围 内 出 现 了 三 个 特 征 谱 带其 中 988cm －1代表 Si（Al）－O 反对称伸缩振动690cm －1 代 表 Si（Al）－O 对 称 伸 缩 振 动457 cm －1 代 表 Si（Al）－O弯曲振动所得谱峰与文献［9］完全吻合 表明已经形成 Si（Al）－O－Si（Al）的网络结构． ·56· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第1期 郑骥等：快速溶胶凝胶法制备钾霞石及其反应机理 57. 100 高，加速成胶的效果越好 Ks-1 在正硅酸乙酯水溶液中加入硝酸铝和硝酸钾的 80 混合溶液后，体系由于硝酸铝的水解呈酸性，此时， 60 3438 H+离子和NO?离子不仅有利于TEOS溶解于水 中，还可促进其水解；同时，由于电子云偏离硅原子 1382 690 核，使得硅原子核暴露空隙加大，此时氨水的加入使 20 457 988 得OH离子迅速对硅进行亲核进攻，进一步加速水 9000 3000 2000 1000 解.因此，这种先酸后碱的催化方式比单一的酸或 波数cm 碱催化方式更为有效，可以使凝胶化时间大大缩 图4合成钾霞石Ks-1红外光谐图 短11-13] Fig.4 IR spectra of synthesized kalsilite Ks-1 3,2聚合过程 当Si/Al较低且体系呈碱性，此时铝主要以 3反应机理 A1(OH):的形式存在，而硅则以带负电荷不太高的 3.1水解过程 低聚体为主，铝硅酸盐聚合反应符合五配位铝中间 原料试剂混合后，从溶胶形成到转变成凝胶的 体机理.开始时，AI(OH):和低聚体硅反应生成铝 过程涉及到水解反应、聚合反应以及逆反应醇化过 五次配位的中间体， 程、酯化过程等，催化剂对溶胶成胶速度有着显著的 OH OH 影响.酸催化剂和碱催化剂分别具有不同的催化机 HO-AOH+ˉO-Si一OH= 理. OH 0- 在酸性条件下，弱电性的HO分子在H离子 帮助下使TEOS分子中的一个一OR基团(R代表 HO OH OH C2H)质子化，并发生水解，如反应式(1)所示10] Al O-Si-OH (3) 随着反应产物中一OH基团的增多，位阻效应也随 HO OHO 之增强，水解反应深入进行受到抑制 然后，带负电荷的五配位中间体被金属阳离子吸引 RO OR OR RO 并且围绕阳离子进行缩聚，直至生成凝胶， H*+ Si-OR +H2O- HO OHOH RO H OR AlOSi-OH HO OH O OR M →Si-0-A好 RO一SiOH+ROH+H (1) 0 HO OH OR OH-SOAl 在碱性条件下，亲核基团OH离子直接进攻 OH HO OH TEOS中的硅原子，发生亲核反应o): (4) RO OR RO OR 五配位中间体围绕阳离子进行缩聚反应时，要求阳 HO+ Si-OR-HO-Si-OR 离子具有合适的体积，在碱金属离子中，K+最合适， 因而含钾的铝硅酸盐溶胶胶凝快[1].溶胶胶凝后 OR OR 迅速进行干燥处理并进行2”AI NMR分析.结果表 RO OR 明干凝胶中仍残留有约0.7%的五配位铝，其化学 Si-OH+OR (2) 位移值为31.2（图5），证实了铝硅酸盐溶胶聚合过 OR 程中存在五配位体Av,聚合反应应属于五配位铝 由于OH的亲核能力强，且离子半径较小，因此反 中间体机理.这些残留的五配位铝经过更高温度热 应速度很快， 处理后全部消失，转化为四次配位的铝.图3中还 另外，酸性条件有利于TEOS与H2O互溶， 存在一定量的六配位铝，可能是由于成胶速度太快 NO3离子也可促进TEOS的水解聚合反应，浓度越 而来不及进入硅氧骨架内的游离铝所致，可通过凝
第 1 期 郑 骥 等 ： 快 速 溶 胶 凝 胶 法 制 备 钾 霞 石 及 其 反 应 机 理 · 5 7 ·
.58. 北京科技大学学报 第29卷 [2]宋蔚，梁珍成，秦永宁.多乙苯脱氢制多乙烯苯氧化铁催化剂 的研究：助剂钾，铈对催化性能的影响.催化学报，1997,18 (3):203 [3]祝以湘，宋建华.乙苯脱氢催化剂的开发.石油化工，1998， 27:204 [4]Capobianco C.Carpenter.Thermally induced changes in kalsilite KAISiO.Am Mineral.1989.74:797 -50 0 50100 150 [5]Henderson C M B.Taylor D.The structural behavior of the 化学位移10 nepheline family:(3)thermal expansion of kalsilite.Mineral Mhag1988,52:708 图5铝硅酸盐干凝胶2”ANMR图 [6]Husheer SL G.Thompson JG.Cristobalite related phases in the Fig.5Al NMR spectra of dried aluminosilicate gel KAlOz KAlSiO4 system.J Solid State Chem.1999.147:624 [7]Dimitrijevic R.Dondur V.Synthesis and characterization of 胶老化来促使这部分铝聚合到硅氧骨架内， KAlSiO polymorphs on the SiOz KAl02 join:the end member of 4结论 ANA type of zeolite framework.JSolid State Chem.1995.115; 214 (1)在不使用有机溶剂的条件下，使用氨水调 [8]马鸿文·结晶岩热力学软件.北京：地质出版社，1999 节pH值至9~10，正硅酸乙酯一硝酸钾一硝酸铝一水 [9]Carpenter M A.Cellai D.Microstructures and high temperature 体系在5~12mim内迅速胶凝，干凝胶862℃晶化热 phase transitions in kalsilite.Am Mineral.1996,81:561 [10]Pierre A C.Introduction to Sol-Gel Processing:Dordrecht: 处理制备得到钾霞石，合成钾霞石物相单一，平均粒 Kluwer Academic Publishers,1998 径8m, [11]林健.催化剂对正硅酸乙酯水解一聚合机理的影响，无机材 (2)硝酸盐水解产生的H离子和NO3有利 料学报，1997.12(3)：367 于加速TEOS水解，其后氨水又进一步促进水解， [12]Brinker C J.Hydrolysis and condensation of silicates:effects on 导致整个体系迅速胶凝.干凝胶27 AI NMR分析表 structure.J Non Cryst Solids.1988.100(1/3):31 [13]Pope E JA.Mackenzie J D.Sol-gel processing of silica l;the 明存在五配位铝，证实了铝硅酸盐溶胶聚合按照五 role of the catalyst.J Non Cryst Solids.1986,87(1/2):185 配位铝中间体机理进行· [14]徐如人，庞文琴，屠昆岗，等.沸石分子笳的结构与合成，吉 林：吉林大学出版社，1987 参考文献 [1]车东晖，李振华，高建国.合成钾霞石焙烧工艺的改进，齐鲁 石油化工，1997,25(4)：235 Synthesis and characterization of kalsilite powder using a fast sol-gel method ZHENG J广，)，MA Hongwen) 1)National Laboratory of Mineral Materials,China University of Geosicences.Beijing 100083.China 2)Civil and Environmental Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT Nitrate replaced alkoxide and alcohol solvent omitted,a TEOS-KNO3Al(NO3)3 H20 system turned into gel in 5~12min with pH adjusted by aqua ammonia.Dried gel treated at 862C,pure and homoge- neous kalsilite powder was prepared with an average particle size of8m.The TEOS hydrolysis reaction was catalyzed by H released from aluminum nitrate hydrolysis firstly,and then promoted again by OH with the addition of aqua ammonia.The gelation time was shortened greatly owing to the catalysis mode of acid first and alkali second.A penta coordination Al was detected byAl NMR analyzing the dried aluminosilicate gel. KEY WORDS kalsilite:sol-gel method;gelation;catalyst;penta coordination aluminium
图5 铝硅酸盐干凝胶27Al NMR 图 Fig．5 27Al NMR spectra of dried aluminosilicate gel 胶老化来促使这部分铝聚合到硅氧骨架内． 4 结论 （1） 在不使用有机溶剂的条件下使用氨水调 节 pH 值至9～10正硅酸乙酯－硝酸钾－硝酸铝－水 体系在5～12min 内迅速胶凝干凝胶862℃晶化热 处理制备得到钾霞石合成钾霞石物相单一平均粒 径8μm． （2） 硝酸盐水解产生的 H ＋ 离子和 NO － 3 有利 于加速 TEOS 水解其后氨水又进一步促进水解 导致整个体系迅速胶凝．干凝胶27Al NMR 分析表 明存在五配位铝证实了铝硅酸盐溶胶聚合按照五 配位铝中间体机理进行． 参 考 文 献 ［1］ 车东晖李振华高建国．合成钾霞石焙烧工艺的改进．齐鲁 石油化工199725（4）：235 ［2］ 宋蔚梁珍成秦永宁．多乙苯脱氢制多乙烯苯氧化铁催化剂 的研究：助剂钾铈对催化性能的影响．催化学报199718 （3）：203 ［3］ 祝以湘宋建华．乙苯脱氢催化剂的开发．石油化工1998 27：204 ［4］ Capobianco CCarpenter．Thermally induced changes in kalsilite KAlSiO4．Am Mineral198974：797 ［5］ Henderson C M BTaylor D．The structural behavior of the nepheline family：（3） thermal expansion of kalsilite．Mineral Mag198852：708 ［6］ Husheer S L GThompson J G．Cristobalite-related phases in the KAlO2－KAlSiO4system．J Solid State Chem1999147：624 ［7］ Dimitrijevic RDondur V．Synthesis and characterization of KAlSiO4polymorphs on the SiO2－KAlO2join：the end member of ANA type of zeolite framework．J Solid State Chem1995115： 214 ［8］ 马鸿文．结晶岩热力学软件．北京：地质出版社1999 ［9］ Carpenter M ACellai D．Microstructures and high-temperature phase transitions in kalsilite．Am Mineral199681：561 ［10］ Pierre A C．Introduction to Sol－Gel Processing．Dordrecht： Kluwer Academic Publishers1998 ［11］ 林健．催化剂对正硅酸乙酯水解－聚合机理的影响．无机材 料学报199712（3）：367 ［12］ Brinker C J．Hydrolysis and condensation of silicates：effects on structure．J Non Cryst Solids1988100（1／3）：31 ［13］ Pope E J AMackenzie J D．So-l gel processing of silica Ⅱ：the role of the catalyst．J Non Cryst Solids198687（1／2）：185 ［14］ 徐如人庞文琴屠昆岗等．沸石分子筛的结构与合成．吉 林：吉林大学出版社1987 Synthesis and characterization of kalsilite powder using a fast so-l gel method ZHENG Ji 12）MA Hongwen 1） 1） National Laboratory of Mineral MaterialsChina University of GeosicencesBeijing100083China 2） Civil and Environmental Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT Nitrate replaced alkoxide and alcohol solvent omitteda TEOS－KNO3－Al（NO3）3－H2O system turned into gel in5～12min with pH adjusted by aqua ammonia．Dried gel treated at862℃pure and homogeneous kalsilite powder was prepared with an average particle size of 8μm．The TEOS hydrolysis reaction was catalyzed by H ＋ released from aluminum nitrate hydrolysis firstlyand then promoted again by OH － with the addition of aqua ammonia．The gelation time was shortened greatly owing to the catalysis mode of acid first and alkali second．A penta-coordination Al was detected by 27Al NMR analyzing the dried aluminosilicate gel． KEY WORDS kalsilite；so-l gel method；gelation；catalyst；penta-coordination aluminium ·58· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷