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。
分子篩的吸附特性: 分子篩對(duì)于H2O、NH3、H2S、CO2等高分子極性具有很高的親和力,特別是對(duì)于水,在低分壓(甚至在133帕以下)或低濃度,高溫(甚至在100℃以上)等十分苛刻的條件下仍有很高的吸附容量; 1、低分壓或低濃度下的吸附:在相對(duì)濕度30% 時(shí)分子篩的吸水量比硅膠,活性氧化鋁都高。隨著相對(duì)濕度的降低,分子篩的性越發(fā)顯著,而硅膠,活性氧化鋁隨著濕度的增加,吸附量不斷增加,在相對(duì)濕度很低時(shí),它們的吸附量很少; 2、高溫吸附:分子篩是可用的高溫吸附劑。在100 ℃和1.3 %相對(duì)濕度時(shí)分子篩可吸附15%重量的水分,比相同條件下活性氧化鋁的吸水量大10倍;而比硅膠大20倍以上。所以在較高的溫度下,分子篩仍能吸附相當(dāng)數(shù)量的水分,而活性氧化鋁,特別是硅膠,大大喪失了吸附能力; 3、高速吸附:分子篩對(duì)像水等極性分子在分壓或濃度很低時(shí)的吸附速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)硅膠,活性氧化鋁。雖然在相對(duì)濕度很高時(shí),硅膠的平衡吸水量要分子篩,但隨著吸附質(zhì)的線速度的提高,硅膠的吸水率越來(lái)越不如分子篩。
分子篩基本特性: 分子篩對(duì)水或各種氣,液態(tài)化合物可逆吸附及脫附; 金屬陽(yáng)離子易被交換; 分子篩內(nèi)部空腔和通道形成非常高的內(nèi)表面積。 1、根據(jù)分子大小和形狀的不同選擇吸附——分子篩效應(yīng):分子篩晶體具有蜂窩狀的結(jié)構(gòu),晶體內(nèi)的晶穴和孔道相互溝通,并且孔徑大小均勻,固定(分子篩空腔直徑一般在3—15埃之間),與通常分子的大小相當(dāng),只有那些直徑比較小的分子才能通過(guò)沸石孔道被分子篩吸附,而構(gòu)型龐大的分子由于不能進(jìn)入沸石孔道,則不被分子篩吸附。而硅膠,活性氧化鋁和活性碳沒(méi)有均勻的孔徑,孔徑分布范圍十分寬廣,所以沒(méi)有篩分性能。 2、根據(jù)分子極性,不飽和度和極化率的選擇吸附:分子篩對(duì)于極性分子和不飽和分子有很高的親和力;在非極性分子中,對(duì)于極化率在的分子有較高的選擇吸附優(yōu)勢(shì)。此外,沸點(diǎn)越低的分子,越不易被分子篩所吸附。
4A分子篩應(yīng)用:主要用于天燃?xì)庖约案鞣N化工氣體和液體、冷凍劑﹑藥品﹑電子材料及易變物質(zhì)的干燥,氬氣純化,甲烷﹑乙烷﹑丙烷的分離. 1.脫除水份:視氣的溫度、壓力、含水量而定。一般情況下:200~350℃干燥氣體在0.30.5Kg/cm2壓力下,通過(guò)分子篩床層3~4小時(shí),使出口溫度到110~180℃,冷卻。 2.脫有機(jī)物:用水蒸汽代替有機(jī)物,然后脫除水份。
離子在一定的條件下,如水溶液或受較高溫度時(shí)比較容易遷移。在水溶液中,由于沸石分子篩對(duì)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(yáng)離子與沸石分子篩的水熱離子交換反應(yīng)是自由擴(kuò)散過(guò)程。擴(kuò)散速度制約著交換反應(yīng)速度。
沸石分子篩具有復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)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(yīng)用于 FCC 反應(yīng),以獲得較高產(chǎn)率的汽油、丙烯和。MCM- 22 沸石分子篩在烷基化反應(yīng)上具有顯著的優(yōu)勢(shì),例如 MCM- 22 作為液相烷基化催化劑催化苯和乙烯反應(yīng)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(yīng)器中進(jìn)行原位再生,而其它種類催化劑則從反應(yīng)器中取出另行再生。在短鏈烷基取代芳烴的合成反應(yīng)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,但主要是用于骨架異構(gòu)和正庚烷異構(gòu)化兩個(gè)方面 沸石分子篩材料的廣泛應(yīng)用(例如:吸附分離、離子交換、催化),是與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(yáng)離子的數(shù)目、位置及其孔道的可通行性;催化過(guò)程中表現(xiàn)出的擇形性與分子篩的孔道尺寸、走向相關(guān),而催化反應(yīng)中的中間產(chǎn)物以及后產(chǎn)品和分子篩的孔道維數(shù)或其籠結(jié)構(gòu)相關(guān)。因此,分子篩的結(jié)構(gòu)是研究分子篩材料的基本問(wèn)題