由于沸石分子篩孔徑均勻,只有當分子動力學直徑小于沸石分子篩孔徑時才能很容易進入晶穴內部而被吸附,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還有著較強的極性,能與含極性基團的分子在沸石分子篩表面發(fā)生強的作用,或是通過誘導使可極化的分子極化從而產生強吸附。
沸石分子篩具有特的規(guī)整晶體結構,其中每一類都具有一定尺寸、形狀的孔道結構,并具有較大比表面積。
大部分沸石分子篩表面具有較強的酸中心,同時晶孔內有強大的庫侖場起極化作用。這些特性使它成為性能的催化劑。
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作用。在一般反應條件下沸石分子篩對反應方向起主導作用,呈現(xiàn)了擇形催化性能,這一性能使沸石分子篩作為催化新材料具有強大生命力。
干燥及凈化領域的應用
(1)脫水。利用低硅鋁比的沸石分子篩(如 A型,X型等)的極性親水性,可以進行空氣的干燥。另外近年來將乙醇摻入汽油中替代部分汽油受到廣泛重視,作為燃料的乙醇要求其中的水含量低于 0.8%,而由于乙醇和水的共沸,使得通過精餾只能得到 95%的乙醇,對于含水量較低的乙醇脫水,沸石分子篩吸附脫水是優(yōu)的選擇。
此方法中應用的沸石分子篩是A 或X型,而KA 型好,這一方面利用了 A型沸石分子篩的極性,另一方面由于KA沸石分子篩的孔道直徑約 0.3nm,水分子可自由進入,而乙醇分子直徑大于 0.3nm 不能進入沸石分子篩的孔道。此種沸石分子篩脫水工藝是工業(yè)上生產燃料乙醇的工藝。
吸附分離法是一種的分離方法,其關鍵是吸附劑的制備。由于沸石分子篩其結構的特殊性及種類的多樣化,以沸石分子篩為吸附劑來分離混合二甲苯具有很好的應用前景
提高汽油辛烷值。由于異構烷烴的辛烷值大大正構烷烴,因此利用吸附分離法可以脫除正構烷烴。實際應用中一般將吸附分離與 C5/C6烷烴異構化相配合,將通過吸附分離出來的正構烷烴進行異構化,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 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入其孔道中被吸附,異構烷烴的分子尺寸較大不能進入,則流出吸附床層為富含異構烷烴高辛烷值的物料。吸附床層吸附飽和后,用脫附劑將正構烷烴脫附送去異構化反應。
沸石分子篩具有復雜多變的結構和特的孔道體系,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用于 FCC 反應,以獲得較高產率的汽油、丙烯和丁烯。MCM- 22 沸石分子篩在烷基化反應上具有顯著的優(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,可以在反應器中進行原位再生,而其它種類催化劑則從反應器中取出另行再生。在短鏈烷基取代芳烴的合成反應上,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和正庚烷異構化兩個方面。
沸石分子篩材料的廣泛應用(例如:吸附分離、離子交換、催化),是與其結構特點密不可分的。例如,吸附分離性能取決于分子篩的孔道和孔體積的大小;離子交換性能取決于分子篩中陽離子的數(shù)目、位置及其孔道的可通行性;催化過程中表現(xiàn)出的擇形性與分子篩的孔道尺寸、走向相關,而催化反應中的中間產物以及后產品和分子篩的孔道維數(shù)或其籠結構相關。因此,分子篩的結構是研究分子篩材料的基本問題
分子篩的骨架中存在一特征籠狀結構單元,而籠狀結構單元又是根據(jù)確定它們多面體的多元環(huán)來描述的。例如,我們所熟悉的SOD籠它由八個六元環(huán)和六個四元環(huán)來組成的,一般簡寫成4668。不同的分子篩骨架會含有相同的籠狀結構單元,換句話說,同一個籠狀結構單元通過不同連接方式會形成不同的分子篩骨架結構類型。一個經(jīng)典的例子就是SOD籠。
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