下圖中的分子篩結(jié)構(gòu)應(yīng)該如何描述呢?準(zhǔn)確地說(shuō)這是方鈉石籠按照金剛石中碳排列方式通過(guò)雙六元環(huán)連接形成二十六面體的超級(jí)籠,但套用分子篩界的“摩斯密碼”,F(xiàn)AU三個(gè)字母就可以簡(jiǎn)潔準(zhǔn)確地表示上述復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。分子篩具有規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)和固定的孔尺寸,基于尺寸可以選擇性地篩分分子。例如FAU分子篩孔口直徑是0.74 納米,那么能進(jìn)入FAU分子篩中較大的分子尺寸就是0.74納米。分子篩獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其在吸附分離、催化反應(yīng)等領(lǐng)域能夠得到普遍的應(yīng)用。分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物。湖南蜂窩狀分子篩
分子篩的作用:1、吸附功能,分子篩主要是由分子引力作用,在固定的表面產(chǎn)生一種“表面力”,當(dāng)流體流過(guò)時(shí),其中流體中的一些分子,會(huì)做不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行碰撞到吸附劑的表面,在固定的表面產(chǎn)生了分子濃聚,在整體的碰撞運(yùn)動(dòng)中,分子的數(shù)目減少,從而達(dá)到分離的作用。因分子篩其晶體孔穴內(nèi)部,有很強(qiáng)的極性和庫(kù)侖場(chǎng),對(duì)極性分子(如水)以及不飽和分子表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸附能力。2、干燥功能,分子篩的晶穴內(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(guò)誘導(dǎo)使可極化的分子極化從而產(chǎn)生強(qiáng)吸附。因分子篩對(duì)水和二氧化碳有很強(qiáng)吸附能力,在分子篩脫硫時(shí),因分子篩對(duì)水等極性小分子具有極強(qiáng)的吸附能力。安徽鋰型分子篩生產(chǎn)晶孔和孔道的大小和形狀都可以對(duì)催化反應(yīng)起著選擇性作用。
分子篩主要應(yīng)用范圍:空氣分離,在對(duì)氮?dú)?、氧氣及其他大氣氣體進(jìn)行液化和低溫分離前清理空氣中的水和二氧化碳;利用變壓吸附系統(tǒng)或真空變壓吸附系統(tǒng)分離氧氣和氮?dú)?;?duì)高純度食品級(jí) CO2 進(jìn)行脫硫處理。石油煉化,對(duì)烷基化進(jìn)料、低溫分離前的精煉廠氣流、石腦油和柴油進(jìn)行脫水處理;清理重整裝置物料中的水、HCl 和 H2S,清理醚化殘液物料和烷基化進(jìn)料中的氧化物,清理 HF 和有機(jī)氟,清理 H2S,以便通過(guò)管道運(yùn)輸銅條測(cè)試,清理醚化進(jìn)料中的腈,對(duì)乙醇進(jìn)行脫水處理,對(duì) LPG 流體進(jìn)行脫水和脫硫處理,分離支鏈和環(huán)狀化合物中的正鏈烷烴,通過(guò)變壓吸附進(jìn)行純化處理,從而提高碳?xì)浠衔锪黧w的等級(jí),清理 Hg。
沸石分子篩是典型的B酸和L酸兩種酸性位均存在的固體酸催化材料。那么,為什么要用部分Al代替Si來(lái)調(diào)節(jié)分子篩的酸性?分子篩原本是沒(méi)有酸性的,經(jīng)過(guò)離子交換、焙燒或者經(jīng)過(guò)超穩(wěn)處理以后才有酸性。這個(gè)酸性的來(lái)源就是加入Al之后打破原有的電中性,這樣才能通過(guò)質(zhì)子或電子的傳遞來(lái)形呈酸性。比如Na型分子篩(瞎起的名字,就是用Na+去中和分子篩的負(fù)電荷而形成的分子篩),經(jīng)過(guò)離子交換焙燒以后,形成氫型分子篩,此時(shí)分子篩有酸性。也就是質(zhì)子(H+)取代Na而形成了B酸中心,同時(shí)分子篩中缺電子的Al形成L酸中心。B酸:沸石分子篩較基本的結(jié)構(gòu)單位是硅氧和鋁氧四面體,硅氧四面體呈中性,而在鋁氧四面體中,因?yàn)殇X是+3價(jià),故四面體帶有負(fù)電荷。因此,沸石分子篩骨架帶負(fù)電荷,必須要有陽(yáng)離子或質(zhì)子來(lái)穩(wěn)定骨架達(dá)到電中性,這就是沸石具有B酸性的本質(zhì)原因。L酸:經(jīng)離子交換得到的氫型分子篩上的OH基顯酸位中心,骨架外的鋁離子會(huì)強(qiáng)化酸位,形成L酸位中心。天然沸石大部分由火山凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)沉積巖在海相或湖相環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)而形成。
分子篩再生有兩種基本方法:1改變溫度,即“溫度變化”。它通過(guò)加熱分子篩去除吸附物質(zhì)。在工業(yè)上,它通常由預(yù)熱的再生氣體加熱,將分子篩吹掃至200℃左右,并去除解吸的吸附質(zhì)。2、改變相對(duì)壓力,即“可變壓力”。它通常用于氣相吸附過(guò)程?;痉椒ㄊ潜3治絼囟炔蛔?,并通過(guò)降低惰性氣體壓力和反吹去除吸附劑。再生通常與吸附相反,因此吸附床入口中包含的大多數(shù)吸附劑不必穿過(guò)整個(gè)吸附床,并且一些分子篩可能不會(huì)接觸吸附床。熱濕氣體,從而提高分子篩的使用壽命。再生氣體應(yīng)盡可能干燥,否則會(huì)影響吸附效率。目前已發(fā)現(xiàn)有1000多種沸石礦,較為重要的有35種,常見(jiàn)的有斜發(fā)沸石、絲光沸石、毛沸石和菱沸石等。湖南蜂窩狀分子篩
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。湖南蜂窩狀分子篩
分子篩的高效吸附特性。1、分子篩的離子交換性,分子篩的一個(gè)重要性能是可以進(jìn)行可逆的離子交換。通過(guò)這種交換,改進(jìn)了分子篩的吸附和催化性能,從而獲得了普遍的應(yīng)用(如可用于軟化水和廢水處理)。2、分子篩的催化性能,分子篩晶體具有均勻的孔結(jié)構(gòu),孔徑的大小與通常分子相當(dāng);它們具有很大的表面積。而且表面極性很高;平衡骨架負(fù)電荷的陽(yáng)離子,可進(jìn)行離子交換;一些具有催化活性的金屬也可以交換導(dǎo)入晶體,然后以極高的分散度還原為元素狀態(tài);同時(shí)分子篩骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性很高。這些結(jié)構(gòu)性質(zhì),使分子篩不僅成為優(yōu)良的吸附劑,而且成為有效的催化劑和催化劑載體。湖南蜂窩狀分子篩