第一節(jié) 分子篩的定義
分子篩是一種人工合成的具有篩選分子作用的水合硅鋁酸鹽(泡沸石)或天然沸石。（可研報告）
第二節(jié) 分子篩的發(fā)展史
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?guī)r和凝灰質沉積巖在海相或湖相環(huán)境中發(fā)生反應而形成。目前已發(fā)現有1000多種沸石礦，較為重要的有35種，常見的有斜發(fā)沸石、絲光沸石、毛沸石和菱沸石等。主要分布于美、日、法等國，中國也發(fā)現有大量絲光沸石和斜發(fā)沸石礦床，日本是天然沸石開采量最大的國家。
②因天然沸石受資源限制，從20世紀50年代開始，大量采用合成沸石。早在200多年前，B.克龍施泰特第一個把鋁硅酸鹽命名為泡沸石，化學組成通式為 式中M與n是金屬離子及其價數；x是二氧化硅的分子數；y是水的分子數；p是鋁的原子數；q是硅的原子數。分子篩在化學工業(yè)中作為固體吸附劑，被其吸附的物質可以解吸，分子篩用后可以再生。還用于氣體和液體的干燥、純化、分離和回收。20世紀60年代開始，在石油煉制工業(yè)中用作裂化催化劑，現在已開發(fā)多種適用于不同催化過程的分子篩催化劑。
第三節(jié) 分子篩 行業(yè) 發(fā)展及未來趨勢預測 分析
分子篩的化學通式為(M′2M)O·Al2O3·xSiO2·yH2O，M′、M分別為一價、二價陽離子如K+、Na+和Ca22+、Ba22+等。它在結構上有許多孔徑均勻的孔道和排列整齊的孔穴，不同孔徑的分子篩把不同大小和形狀分子分開。根據SiO2和Al2O3的分子比不同，得到不同孔徑的分子篩。其型號有：3A(鉀A型)、4A(鈉A型)、5A(鈣A型)、10Z(鈣Z型)、13Z(鈉Z型)、Y(鈉Y型)、鈉絲光沸石型等。它的吸附能力高、選擇性強、耐高溫。廣泛用于有機化工和石油化工，也是煤氣脫水的優(yōu)良吸附劑。在廢氣凈化上也日益受到重視。 自然界中存在一種天然硅鋁酸鹽，它們具有篩分分子、吸附、離子交換和催化作用。這種天然物質稱為沸石，人工合成的沸石也稱為分子篩。
分子篩的性能
吸附性能
沸石分子篩的吸附是一種物理變化過程。產生吸附的原因主要是分子引力作用在固體表面產生的一種“表面力”，當流體流過時，流體中的一些分子由于做不規(guī)則運動而碰撞到吸附劑表面，在表面產生分子濃聚，使流體中的這種分子數目減少，達到分離、清除的目的。由于吸附不發(fā)生化學變化，只要設法將濃聚在表面的分子趕跑，沸石分子篩就又具有吸附能力，這一過程是吸附的逆過程，叫解析或再生。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。這種極性或易極化的分子易被極性沸石分子篩吸附的特性體現出沸石分子篩的又一種吸附選擇性。
離子交換性能
通常所說的離子交換是指沸石分子篩骨架外的補償陽離子的交換。沸石分子篩骨架外的補償離子一般是質子和堿金屬或堿土金屬，它們很容易在金屬鹽的水溶液中被離子交換成各種價態(tài)的金屬離子型沸石分子篩。離子在一定的條件下，如水溶液或受較高溫度時比較容易遷移。在水溶液中，由于沸石分子篩對離子選擇性的不同，則可表現出不同的離子交換性質。金屬陽離子與沸石分子篩的水熱離子交換反應是自由擴散過程。擴散速度制約著交換反應速度。通過離子交換可以改變沸石分子篩孔徑的大小，從而改變其性能，達到擇形吸附分離混合物的目的。沸石分子篩經離子交換后，陽離子的數目、大小和位置發(fā)生改變，如高價陽離子交換低價陽離子后使沸石分子篩中的陽離子數目減少，往往造成位置空缺使其孔徑變大;而半徑較大的離子交換半徑較小的離子后，則易使其孔穴受到一定的阻塞，使有效孔徑有所減小。
催化性能
沸石分子篩具有獨特的規(guī)整晶體結構，其中每一類都具有一定尺寸、形狀的孔道結構，并具有較大比表面積。大部分沸石分子篩表面具有較強的酸中心，同時晶孔內有強大的庫侖場起極化作用。這些特性使它成為性能優(yōu)異的催化劑。多相催化反應是在固體催化劑上進行的，催化活性與催化劑的晶孔大小有關。沸石分子篩作為催化劑或催化劑載體時，催化反應的進行受到沸石分子篩晶孔大小的控制。晶孔和孔道的大小和形狀都可以對催化反應起著選擇性作用。在一般反應條件下沸石分子篩對反應方向起主導作用，呈現了擇形催化性能，這一性能使沸石分子篩作為催化新材料具有強大生命力。
分子篩的應用
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。
(2)凈化空氣中的污染物。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，H2S、SO2、NOX以及甲醛的排放量日益增多，造成的污染給人們的生活和環(huán)境帶來了嚴重的危害。
吸附分離領域的應用
(1)混合二甲苯的分離。混合二甲苯一般用作溶劑和汽油摻合劑廉價出售，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。
(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、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。
(3)提高汽油辛烷值。由于異構烷烴的辛烷值大大高于正構烷烴，因此利用吸附分離法可以脫除正構烷烴。
催化領域的應用
沸石分子篩具有復雜多變的結構和獨特的孔道體系，是一種性能優(yōu)良的催化劑。
展望
近年來，沸石分子篩由于具有獨特的性能，已經在吸附分離、催化等領域取得了廣泛的應用。但是對某些沸石分子篩的性能優(yōu)劣問題認識不夠深入，有的甚至還很膚淺，為了更加有效地發(fā)揮沸石分子篩在吸附分離、催化領域應用的優(yōu)勢，要注意以下幾個方面的工作：1）研制價格低廉的沸石分子篩，以降低生產成本為目的；2） 研究 沸石分子篩的合成及改性對結構、組成和性能的影響，尋找提高其吸附容量和選擇性的方法；3）建立和完善評價吸附劑性能的定量指標，更好地為實際生產做出指導。
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