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。
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。
(1)混合二甲苯的分離?;旌隙妆揭话阌米魅軇┖推蛽胶蟿┝畠r出售,資源浪費十分嚴重。但混合二甲苯的四個異構體: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、加壓結晶法、深冷結晶法等是傳統(tǒng)的分離方法,但它們的共同缺點是能耗大、設備龐大、操作要求高。
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
(2)N2/ O2的分離。在變壓吸附(PSA)法中,沸石分子篩是利用N2/O2兩氣體在其表面平衡吸附的差異,選擇性地吸附 N2。因為 N2的極化率較大,從而 N2與沸石分子篩中的陽離子及其極性表面作用強于 O2。LiA 型沸石分子篩具有更高的 N2/O2選擇比及 N2吸附容量,但熱穩(wěn)定性較差。于是,Li+、堿土金屬混合陽離子交換后的 A型沸石分子篩具有較高的 N2/O2選擇分離系數(shù)、N2吸附容量和較高的熱穩(wěn)定性。另外低硅鋁比的 X型沸石分子篩引起了人們的關注。人們對其進行了各種離子交換,其 N2/O2分離選擇性較高且熱穩(wěn)定性較好。
從簡單的基本結構單元進行研究。通常來講,沸石分子篩都是一個個四面體通過共用頂點來堆積得到的,所以一個四面體就是一個初級的結構單元(TO4四面體)。例如:對于silicalite-1沸石分子篩來講,它的初級結構單元是硅氧四面體([Si O4]0),并且這個四面體結構單元呈現(xiàn)電中性,這些硅氧四面體通過共用氧原子的連接,形成了具有MFI結構的沸石分子篩。在合成中模板劑和吸附水是存在于它的孔道中的
當然,當在合成體系中有鋁存在的條件下,則有兩種四面體:硅氧四面體([Si O4]0)和鋁氧四面體([Al O4]-),并且鋁氧四面體是存在一個負電荷的,通過組裝合成了硅鋁的具有MFI結構的分子篩,由于這種結構本身帶有一定的負電荷,因此必然要通過額外的陽離子來平衡,使其整體終呈現(xiàn)電中性。而磷鋁分子篩則是磷氧四面體([PO4]+)和鋁氧四面體([Al O4]-)嚴格交替構成,骨架呈電中性。當然,在初級結構單元與初級結構單元的連接中,要遵守Lowenstein規(guī)則:在硅鋁骨架結構中,鋁與鋁不能相鄰;在磷酸鹽骨架結構中,如SAPO-34,鋁是不能和二價或者三價金屬原子相鄰、以及磷不能與硅或磷相連的
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。