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分子筛的主要结构:
分子筛的化学组成通式为:(M)2/nO· Al2O3·xSiO2·pH2O,M代表金属离子(人工合成时通常为Na),n代表金属离子价数, x代表SiO2的摩尔数,也称为硅铝比,p代表水的摩尔数。分子筛骨架的基本结构是 SiO4和AlO4四面体,通过共有的氧原子结合而形成三维网状结构的结晶。这种结合形式,构成了具有分子级、孔径均匀的空洞及孔道。由于结构不同,形式不同,“笼”形的空间孔洞分为α、β、γ、六方柱、八面沸石等 “笼”的结构。
由于AlO4四面体具有一个负电荷,可以结合钠等离子,成为电中性。在水溶液中,Na 很容易与其他阳离子交换。大多数分子筛催化剂是多价金属阳离子或H的交换物,分子筛具有酸性和对分子大小的选择性,可以作为催化剂或载体使用。高二氧化硅沸石对有机基团表现出很高的亲和力,相比之下,低二氧化硅沸石由于具有Lewis和Bronsted酸特性而表现出亲水性。 硅及铝原子通过氧构成氧环,氧环的大小决定沸石的细孔孔径。每个氧环的氧原子数目为4~12个。通常具有分子筛作用的有八元环(0.4~0.5nm)、十元环 (0.5~0.6nm) 及十二元环 (0.7~ 0. 9nm)。具有十二元氧环的有Y型分子筛 (x= 3.1~6.0)和丝光沸石(x=9~11)。前者可用做裂化催化剂、双功能催化剂,后者可用作的歧化催化剂。
十元氧环的有ZSM-5、ZSM-11等部分 ZSM系列分子筛。
分子筛在干燥及净化领域的应用:
1、脱水:利用低硅铝比的沸石分子筛(如 A型,X型等)的极性亲水性,可以进行空气的干燥。另外近年来将乙醇掺入汽油中替代部分汽油受到广泛重视,作为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,使得通过精馏只能得到 95%的乙醇,对于含水量较低的乙醇脱水,沸石分子筛吸附脱水是优的选择;
此方法中应用的沸石分子筛是A 或X型,而KA 型好,这一方面利用了 A型沸石分子筛的极性,另一方面由于KA沸石分子筛的孔道直径约 0.3nm,水分子可自由进入,而乙醇分子直径大于 0.3nm 不能进入沸石分子筛的孔道。此种沸石分子筛脱水工艺是工业上生产燃料乙醇的工艺;
2、净化空气中的污染物:随着工业的迅速发展,H2S、SO2、NOX以及甲醛的排放量日益增多,造成的污染给人们的生活和环境带来了严重的危害。
4A分子筛应用:主要用于天燃气以及各种化工气体和液体、冷冻剂﹑药品﹑电子材料及易变物质的干燥,氩气纯化,甲烷﹑乙烷﹑丙烷的分离.
1.脱除水份:视气的温度、压力、含水量而定。一般情况下:200~350℃干燥气体在0.30.5Kg/cm2压力下,通过分子筛床层3~4小时,使出口温度到110~180℃,冷却。
2.脱有机物:用水蒸汽代替有机物,然后脱除水份。
4A分子筛是一种碱金属硅铝酸盐,其孔径为4Å(0.4nm),主要用于吸附水、甲醇、硫化氢、二氧化硫、二氧化碳、乙烯、丙烯等临界直径不大于4Å的分子,对水的选择吸附性能任何其他分子,是工业上用量大的分子筛品种之一。
4A分子筛其他用途
(1)水处理----硬水软化剂,可以代替目前我国广泛使用的磺化煤,从而降低成本;
(2)冶金工业----分离剂,分离、提取卤水中的钾、铷、铯等。在工业上用于富集、分离和提取金属等工艺过程;
(3)石化工业----催化剂、干燥剂、吸附剂;
(4)农业----土壤改良剂 ;
(5)医药----载银沸石剂。