珍貴稀有動物的保護

[拼音]:fenzishai

[英文]:molecular sieves

又稱泡沸石或沸石,是一種結晶型的鋁矽酸鹽,其晶體結構中有規整而均勻的孔道,孔徑為分子大小的數量級,它只允許直徑比孔徑小的分子進入,因此能將混合物中的分子按大小加以篩分。故稱分子篩。早在200多年前,B.克龍施泰特第一個把鋁矽酸鹽命名為泡沸石,化學組成通式為

式中M與n是金屬離子及其價數;x是二氧化矽的分子數;y是水的分子數;p是鋁的原子數;q是矽的原子數。分子篩在化學工業中作為固體吸附劑,被其吸附的物質可以解吸,分子篩用後可以再生。還用於氣體和液體的乾燥、純化、分離和回收。20世紀60年代開始,在石油煉製工業中用作裂化催化劑,現在已開發多種適用於不同催化過程的分子篩催化劑。

種類

分子篩有天然沸石和合成沸石兩種。

(1)天然沸石大部分由火山凝灰岩和凝灰質沉積岩在海相或湖相環境中發生反應而形成。目前已發現有1000多種沸石礦,較為重要的有35種,常見的有斜發沸石、絲光沸石、毛沸石和菱沸石等。主要分佈於美、日、法等國,中國也發現有大量絲光沸石和斜發沸石礦床,日本是天然沸石開採量最大的國家。

(2)因天然沸石受資源限制,從20世紀50年代開始,大量採用合成沸石(見表)。

商品分子篩常用字首數碼將晶體結構不同的分子篩加以分類,如3A型、4A型、5A型分子篩。4A型即表中A類,孔徑4Å。含Na+的A型分子篩記作Na-A,若其中Na+被K+置換,孔徑約為3Å,即為3A型分子篩;如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置換,孔徑約為5Å,即為5A型分子篩。

效能

分子篩為粉末狀晶體,有金屬光澤,硬度為3~5,相對密度為2~2.8,天然沸石有顏色,合成沸石為白色,不溶於水,熱穩定性和耐酸性隨著SiO2/Al2O3組成比的增加而提高。分子篩有很大的比表面積,達300~1000m2/g,內晶表面高度極化,為一類高效吸附劑,也是一類固體酸,表面有很高的酸濃度與酸強度,能引起正碳離子型的催化反應。當組成中的金屬離子與溶液中其他離子進行交換時,可調整孔徑,改變其吸附性質與催化性質,從而製得不同效能的分子篩催化劑。

生產方法

有水熱合成、水熱轉化和離子交換等法:

(1)水熱合成法用於製取純度較高的產品,以及合成自然界中不存在的分子篩。將含矽化合物(水玻璃、矽溶膠等)、含鋁化合物(水合氧化鋁、鋁鹽等)、鹼(氫氧化鈉、氫氧化鉀等)和水按適當比例混合,在熱壓釜中加熱一定時間,即析出分子篩晶體。合成過程可用下式表示:

工業生產流程中一般先合成Na-分子篩,如13X型與10X型分子篩的合成(見圖)。在水熱合成過程中新增某些新增劑可以改變最終產品的結構,如加入季胺鹽可得到ZSM-5型分子篩。

(2)水熱轉化法在過量鹼存在時,使固態鋁矽酸鹽水熱轉化成分子篩。所用原料有高嶺土、膨潤土、矽藻土等,也可用合成的矽鋁凝膠顆粒。此法成本低,但產品純度不及水熱合成法。

(3)離子交換法通常在水溶液中將Na-分子篩轉變為含有所需陽離子的分子篩,通式如下:

式中 Z-表示陰離子骨架,Me+表示需交換的陽離子,例如NH嬃、Ca2+、Mg2+、Zn2+等,原料通常為氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽。溶液中不同性質的陽離子交換到分子篩上的難易程度不同,稱為分子篩對陽離子的選擇順序,例如:13X型分子篩的選擇順序為Ag+、Cu2+、H+、Ba2+、Au3+、Th4+、Sr2+、Hg2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Ca2+、Co2+、NH嬃、K+、Au2+、Na+、Mg2+、Li+。常用下列引數表示交換結果:交換度,即交換下來的Na+量佔分子篩中原有Na+量的百分數;交換容量,為每100克分子篩中交換的陽離子毫克當量數;交換效率,表示溶液中陽離子交換到分子篩上的質量百分數。為了製取合適的分子篩催化劑,有時尚需將交換所得產物與其他組分調配,這些組分可能是其他催化活性組分、助催化劑、稀釋劑或粘合劑等,調配好的物料經成型即可進行催化劑的活化。

參考文章

原位晶化NaY分子篩製備過程中含矽廢水的處理工藝研究廢水治理煤矸石合成4A沸石分子篩處理氨氮廢水廢水治理煤矸石合成分子篩處理化工廢水廢水治理4A沸石分子篩處理中低濃度氨氮廢水廢水治理表面活性劑改性4A分子篩處理陰離子型重金屬廢水廢水治理改性廢分子篩去除廢水中鈣離子技術廢水治理介孔分子篩MCM-41處理廢水廢水治理