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償陽離子的交換。沸石分子篩骨架外的補償離子一般是質(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是自由擴散過程。擴散速度制約著交換反應速度。
沸石分子篩具有特的規(guī)整晶體結(jié)構,其中每一類都具有一定尺寸、形狀的孔道結(jié)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(nèi)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。
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(jié)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(chǎn)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。
分子篩的骨架結(jié)構由初級結(jié)構單元進行有限或者無限的連接后而形成的。有限的結(jié)構單元,如次級結(jié)構單元通常是指由TO4四面體通過共同使用的氧原子,從而按照不同的連接方式組成的多元環(huán)結(jié)構,比較常見的環(huán)結(jié)構如四元環(huán)、五元環(huán)、六元環(huán)、雙四元環(huán)和雙六元環(huán)
對于沸石分子篩的形成及其生長機理的深入研究有助于人們更好的設計合成新型沸石分子篩拓撲結(jié)構、擴展沸石分子篩材料合成新路線、開發(fā)沸石分子篩材料的新性質(zhì)及新用途。盡管沸石分子篩的發(fā)展已經(jīng)有許多年了,但是對于它的合成機理方面一直未有一個真正的定論。研究分子篩的晶化機理即具有十分重要的理論意義,也對合成新型的沸石分子篩合成具有實際的指導意義。目前具有代表性的為固相轉(zhuǎn)變機理(Solid hydrogel Transformation mechanism)、液相轉(zhuǎn)變機理(Solution-mediated Transport mechanism)和雙相轉(zhuǎn)變機理這三種機理
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