由于沸石分子篩孔徑均勻,只有當(dāng)分子動力學(xué)直徑小于沸石分子篩孔徑時才能很容易進(jìn)入晶穴內(nèi)部而被吸附,所以沸石分子篩對于氣體和液體分子就猶如篩子一樣,根據(jù)分子的大小來決定是否被吸附。
由于沸石分子篩晶穴內(nèi)還有著較強(qiáng)的極性,能與含極性基團(tuán)的分子在沸石分子篩表面發(fā)生強(qiáng)的作用,或是通過誘導(dǎo)使可極化的分子極化從而產(chǎn)生強(qiáng)吸附。
離子交換性能
通常所說的離子交換是指沸石分子篩骨架外的補(bǔ)償陽離子的交換。沸石分子篩骨架外的補(bǔ)償離子一般是質(zhì)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各種價(jià)態(tài)的金屬離子型沸石分子篩。
離子在一定的條件下,如水溶液或受較高溫度時比較容易遷移。在水溶液中,由于沸石分子篩對離子選擇性的不同,則可表現(xiàn)出不同的離子交換性質(zhì)。金屬陽離子與沸石分子篩的水熱離子交換反應(yīng)是自由擴(kuò)散過程。擴(kuò)散速度制約著交換反應(yīng)速度。
(1)混合二甲苯的分離。混合二甲苯一般用作溶劑和汽油摻合劑廉價(jià)出售,資源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。但混合二甲苯的四個異構(gòu)體:乙苯、對二甲苯、間二甲苯和鄰二甲苯都是重要的化工原料,因此有必要將其逐一分離。
混合二甲苯的分離方法很多,如精餾法、精密精餾法、加壓結(jié)晶法、深冷結(jié)晶法等是傳統(tǒng)的分離方法,但它們的共同缺點(diǎn)是能耗大、設(shè)備龐大、操作要求高。
提高汽油辛烷值。由于異構(gòu)烷烴的辛烷值大大正構(gòu)烷烴,因此利用吸附分離法可以脫除正構(gòu)烷烴。實(shí)際應(yīng)用中一般將吸附分離與 C5/C6烷烴異構(gòu)化相配合,將通過吸附分離出來的正構(gòu)烷烴進(jìn)行異構(gòu)化,從而更大程度的提高汽油的辛烷值。A 型沸石分子篩中的鈉離子被鈣離子交換達(dá) 40%以上時,它的有效孔徑可增大至 0.5nm,能滿足此分離的要求,分離中烴類混合物通過吸附床層,正構(gòu)烷烴由于分子外形尺寸小于沸石分子篩孔徑尺寸可以自由進(jìn)入其孔道中被吸附,異構(gòu)烷烴的分子尺寸較大不能進(jìn)入,則流出吸附床層為富含異構(gòu)烷烴高辛烷值的物料。吸附床層吸附飽和后,用脫附劑將正構(gòu)烷烴脫附送去異構(gòu)化反應(yīng)。
沸石分子篩具有復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)和特的孔道體系,是一種性能優(yōu)良的催化劑。ZSM- 5 與Y型沸石分子篩共同作用應(yīng)用于 FCC 反應(yīng),以獲得較高產(chǎn)率的汽油、丙烯和丁烯。MCM- 22 沸石分子篩在烷基化反應(yīng)上具有顯著的優(yōu)勢,例如 MCM- 22 作為液相烷基化催化劑催化苯和乙烯反應(yīng)制備乙苯,不僅提高了乙苯選擇性,并且 MCM- 22 本身的穩(wěn)定性高,用量少,可以在反應(yīng)器中進(jìn)行原位再生,而其它種類催化劑則從反應(yīng)器中取出另行再生。在短鏈烷基取代芳烴的合成反應(yīng)上,MCM- 56 有更好的活性,并且不容易失活。ZSM- 22 在許多工藝中用作催化劑,但主要是用于丁烯骨架異構(gòu)和正庚烷異構(gòu)化兩個方面。
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