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分子篩的特性及應用介紹
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分子篩

2019-08-27      閱讀:
摘 要: 分子篩具有很強的吸附性和很高的活性, 是一種結晶硅鋁酸鹽, 有很大的比表面積且水熱穩定性較高、有很豐富的孔道結構。鑒于這些優良特性, 分子篩在化學工業、環境保護石油化工、環境等領域被用作吸附劑、分子篩催化劑、分子篩干燥劑和洗滌劑。

1       分子篩的結構特性
 
分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物, 其化學組成經驗式為, 其中 M 表示金屬離子, x 表示的分子數, y 表示的分子數。分子篩的骨架是由和四面體通過頂點按三維堆積交錯排列而成, 這種特殊的結構使分子篩具有豐富的比表面積及孔道結構 , 分子篩的孔徑大小均勻, 這些孔穴可以吸附比其微孔的直徑小的分子, 并且分子篩對極性分子和不飽和分子具有優先吸附的能力, 能把飽和程度不同、急性程度不同的、沸點不同、分子大小不同的分子篩分出來, 故稱分子篩。
 
2       分子篩的性能
 
2. 1   吸附性能
 
分子篩的吸附是一種有選擇的物理變化過程。分子引力作用在固體表面產生的表面力是分子篩產生吸附性能的主要原因。當流體流過時, 流體中的一些分子由于做不規則運動而碰撞到吸附劑表面, 導致吸附劑的表面產生了分子的濃聚, 這種濃聚使流體中的這種分子的數目減少, 從而達到分離、清除該分子的目的。這種吸附是一種純物理吸附, 不產生任何的化學變化。
 
2. 2   離子交換性
 
通常我們所說的離子交換是指分子篩骨架外的補償陽離子交換 。分子篩骨架外的補償陽離子一般是質子和堿金屬或堿土金屬, 它們很容易在金屬鹽的水溶液中被離子交換成為各種價態的金屬離子型分子篩。離子在一定條件下, 如水溶液或受較高溫度時比較容易遷移。在水溶液中, 由于分子篩對離子選擇性的不同, 則可表現出不同的離子交換性質。金屬離子與分子篩的水熱粒子交換反應是自由擴散過程。擴散速度制約者交換反應的速度。
 
2.3     催化性能
 
分子篩具有獨特的規整晶體結構, 其中每一類都具有一定尺寸、形狀的孔道結構, 并具有較大的比表面積。大部分分子篩表面具有較強的酸中心, 同時晶孔內有強大的庫倫場其極化作用, 這些特性使分子篩成為了性能優異的催化劑。多相催化反應是在固體催化劑上進行的, 催化活性與催化劑載體的晶孔大小有關。沸石分子篩作為催化劑或催化劑載體時, 催化反應的進行受到沸石分子篩晶孔大小的控制。晶孔和孔道的大小和形狀都可以對催化反應起著選擇性的作用。

2.4分子篩催化表征方法
分子篩催化劑常用幾種表征方法,包括BET表征方法、XRD衍射法、電子顯微技術法、程序升溫脫附法和紅外光譜法,并對其應用進行舉例說明。
 
3       分子篩在工業中的應用
 
3. 1    洗滌劑工業中的應用
 
以三聚磷酸鈉作為輔助劑的傳統洗滌劑使水富營養化, 導致水質嚴重污染。自七十年代以來為了保護水資源環境的生態平衡, 世界各國相繼立法限制或禁止了磷的使用。分子篩由于其獨特的結構和外形、較高的鈣交換能力、分散性強、不沉淀、無獨行、生產成本低等有點, 被認為是三聚磷酸鈉的最佳替代品。近年來, 隨著世界洗滌劑無磷化的迅速發展,以4A分子篩為輔助洗滌劑產品日趨增多, 合成分子篩的用量急劇增加。目前世界洗滌劑行業的分子篩消耗量已達到 2 5 0 萬噸。
 
3 . 2   石油化學工業中的應用
 
以分子篩為基礎的催化劑是最具工業意義的催化劑, 逐步代替其它催化劑材料而成為煉油和石油化工的技術核心, 對石油化學工業的發展具有舉足輕重的作用。八面分子篩、Z S M  - 5 、絲光分子篩是三種重要的反應催化劑, 廣泛應用于硫化催化裂化、加氫裂化、選擇性裂化等催化裂化其中以八面分子篩應用技術最為成熟, 用量最大, 占煉油行業催化劑總用量的9 5 % 。

3 . 3 環境保護中的應用
 
分子篩在環境保護中有著廣泛的用途, 除了用于改造水質, 處理印染工業廢水和污水, 處理和回收有色金屬礦山、冶煉廠、化工廠等排放的廢水中的重金屬離子, 吸附和清除工廠廢氣中的硫化氫、二氧化碳、二氧化硫、氨氣, 處理核廢料之外, 目前該領域又開發出了分子篩吸附式制冷技術。
 

目前, 分子篩已不只局限于催化劑、吸附劑、洗滌劑, 在堿催化、選擇氧化和不對稱合成等領域亦有所突破。而且分子篩作為一種具有納米級尺寸窗口、孔道和孔籠的新型固體材料, 在分子電子學、非線性光學、化學傳感器和高能電池等領域正醞釀著新的應用。

 
 
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