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分子筛的特性及应用介绍
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分子筛

2019-08-27      阅读:
摘 要: 分子筛具有很强的吸附性和很高的活性, 是一种结晶硅铝酸盐, 有很大的比表面积且水热稳定性较高、有很丰富的孔道结构。鉴于这些优良特性, 分子筛在化学工业、环境保护石油化工、环境等领域被用作吸附剂、分子筛催化剂分子筛干燥剂和洗涤剂。

1       分子筛的结构特性
 
分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物, 其化学组成经验式为, 其中 M 表示金属离子, x 表示的分子数, y 表示的分子数。分子筛的骨架是由和四面体通过顶点按三维堆积交错排列而成, 这种特殊的结构使分子筛具有丰富的比表面积及孔道结构 , 分子筛的孔径大小均匀, 这些孔穴可以吸附比其微孔的直径小的分子, 并且分子筛对极性分子和不饱和分子具有优先吸附的能力, 能把饱和程度不同、急性程度不同的、沸点不同、分子大小不同的分子筛分出来, 故称分子筛。
 
2       分子筛的性能
 
2. 1   吸附性能
 
分子筛的吸附是一种有选择的物理变化过程。分子引力作用在固体表面产生的表面力是分子筛产生吸附性能的主要原因。当流体流过时, 流体中的一些分子由于做不规则运动而碰撞到吸附剂表面, 导致吸附剂的表面产生了分子的浓聚, 这种浓聚使流体中的这种分子的数目减少, 从而达到分离、清除该分子的目的。这种吸附是一种纯物理吸附, 不产生任何的化学变化。
 
2. 2   离子交换性
 
通常我们所说的离子交换是指分子筛骨架外的补偿阳离子交换 。分子筛骨架外的补偿阳离子一般是质子和碱金属或碱土金属, 它们很容易在金属盐的水溶液中被离子交换成为各种价态的金属离子型分子筛。离子在一定条件下, 如水溶液或受较高温度时比较容易迁移。在水溶液中, 由于分子筛对离子选择性的不同, 则可表现出不同的离子交换性质。金属离子与分子筛的水热粒子交换反应是自由扩散过程。扩散速度制约者交换反应的速度。
 
2.3     催化性能
 
分子筛具有独特的规整晶体结构, 其中每一类都具有一定尺寸、形状的孔道结构, 并具有较大的比表面积。大部分分子筛表面具有较强的酸中心, 同时晶孔内有强大的库伦场其极化作用, 这些特性使分子筛成为了性能优异的催化剂。多相催化反应是在固体催化剂上进行的, 催化活性与催化剂载体的晶孔大小有关。沸石分子筛作为催化剂或催化剂载体时, 催化反应的进行受到沸石分子筛晶孔大小的控制。晶孔和孔道的大小和形状都可以对催化反应起着选择性的作用。

2.4分子筛催化表征方法
分子筛催化剂常用几种表征方法,包括BET表征方法、XRD衍射法、电子显微技术法、程序升温脱附法和红外光谱法,并对其应用进行举例说明。
 
3       分子筛在工业中的应用
 
3. 1    洗涤剂工业中的应用
 
以三聚磷酸钠作为辅助剂的传统洗涤剂使水富营养化, 导致水质严重污染。自七十年代以来为了保护水资源环境的生态平衡, 世界各国相继立法限制或禁止了磷的使用。分子筛由于其独特的结构和外形、较高的钙交换能力、分散性强、不沉淀、无独行、生产成本低等有点, 被认为是三聚磷酸钠的最佳替代品。近年来, 随着世界洗涤剂无磷化的迅速发展,以4A分子筛为辅助洗涤剂产品日趋增多, 合成分子筛的用量急剧增加。目前世界洗涤剂行业的分子筛消耗量已达到 2 5 0 万吨。
 
3 . 2   石油化学工业中的应用
 
以分子筛为基础的催化剂是最具工业意义的催化剂, 逐步代替其它催化剂材料而成为炼油和石油化工的技术核心, 对石油化学工业的发展具有举足轻重的作用。八面分子筛、Z S M  - 5 、丝光分子筛是三种重要的反应催化剂, 广泛应用于硫化催化裂化、加氢裂化、选择性裂化等催化裂化其中以八面分子筛应用技术最为成熟, 用量最大, 占炼油行业催化剂总用量的9 5 % 。

3 . 3 环境保护中的应用
 
分子筛在环境保护中有着广泛的用途, 除了用于改造水质, 处理印染工业废水和污水, 处理和回收有色金属矿山、冶炼厂、化工厂等排放的废水中的重金属离子, 吸附和清除工厂废气中的硫化氢、二氧化碳、二氧化硫、氨气, 处理核废料之外, 目前该领域又开发出了分子筛吸附式制冷技术。
 

目前, 分子筛已不只局限于催化剂、吸附剂、洗涤剂, 在碱催化、选择氧化和不对称合成等领域亦有所突破。而且分子筛作为一种具有纳米级尺寸窗口、孔道和孔笼的新型固体材料, 在分子电子学、非线性光学、化学传感器和高能电池等领域正酝酿着新的应用。

 
 
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