分子篩其型號(hào)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(qiáng)、耐高溫。廣泛用于有機(jī)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。
分子篩的主要結(jié)構(gòu):
分子篩的化學(xué)組成通式為:(M)2/nO· Al2O3·xSiO2·pH2O,M代表金屬離子(人工合成時(shí)通常為Na),n代表金屬離子價(jià)數(shù), x代表SiO2的摩爾數(shù),也稱(chēng)為硅鋁比,p代表水的摩爾數(shù)。分子篩骨架的基本結(jié)構(gòu)是 SiO4和AlO4四面體,通過(guò)共有的氧原子結(jié)合而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶。這種結(jié)合形式,構(gòu)成了具有分子級(jí)、孔徑均勻的空洞及孔道。由于結(jié)構(gòu)不同,形式不同,“籠”形的空間孔洞分為α、β、γ、六方柱、八面沸石等 “籠”的結(jié)構(gòu)。
由于AlO4四面體具有一個(gè)負(fù)電荷,可以結(jié)合鈉等離子,成為電中性。在水溶液中,Na 很容易與其他陽(yáng)離子交換。大多數(shù)分子篩催化劑是多價(jià)金屬陽(yáng)離子或H的交換物,分子篩具有酸性和對(duì)分子大小的選擇性,可以作為催化劑或載體使用。高二氧化硅沸石對(duì)有機(jī)基團(tuán)表現(xiàn)出很高的親和力,相比之下,低二氧化硅沸石由于具有Lewis和Bronsted酸特性而表現(xiàn)出親水性。 硅及鋁原子通過(guò)氧構(gòu)成氧環(huán),氧環(huán)的大小決定沸石的細(xì)孔孔徑。每個(gè)氧環(huán)的氧原子數(shù)目為4~12個(gè)。通常具有分子篩作用的有八元環(huán)(0.4~0.5nm)、十元環(huán) (0.5~0.6nm) 及十二元環(huán) (0.7~ 0. 9nm)。具有十二元氧環(huán)的有Y型分子篩 (x= 3.1~6.0)和絲光沸石(x=9~11)。前者可用做裂化催化劑、雙功能催化劑,后者可用作的歧化催化劑。
十元氧環(huán)的有ZSM-5、ZSM-11等部分 ZSM系列分子篩。
分子篩在干燥及凈化領(lǐng)域的應(yīng)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(jìn)行空氣的干燥。另外近年來(lái)將乙醇摻入汽油中替代部分汽油受到廣泛重視,作為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,使得通過(guò)精餾只能得到 95%的乙醇,對(duì)于含水量較低的乙醇脫水,沸石分子篩吸附脫水是優(yōu)的選擇;
此方法中應(yīng)用的沸石分子篩是A 或X型,而KA 型好,這一方面利用了 A型沸石分子篩的極性,另一方面由于KA沸石分子篩的孔道直徑約 0.3nm,水分子可自由進(jìn)入,而乙醇分子直徑大于 0.3nm 不能進(jìn)入沸石分子篩的孔道。此種沸石分子篩脫水工藝是工業(yè)上生產(chǎn)燃料乙醇的工藝;
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(lái)了嚴(yán)重的危害。
分子篩在吸附分離領(lǐng)域的應(yīng)用:
1、混合二的分離?;旌隙话阌米魅軇┖推蛽胶蟿┝畠r(jià)出售,資源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。但混合二的四個(gè)異構(gòu)體:乙苯、對(duì)二、間二和鄰二都是重要的化工原料,因此有必要將其逐一分離;
混合二的分離方法很多,如精餾法、精密精餾法、加壓結(jié)晶法、深冷結(jié)晶法等是傳統(tǒng)的分離方法,但它們的共同缺點(diǎn)是能耗大、設(shè)備龐大、操作要求高;
吸附分離法是一種的分離方法,其關(guān)鍵是吸附劑的制備。由于沸石分子篩其結(jié)構(gòu)的特殊性及種類(lèi)的多樣化,以沸石分子篩為吸附劑來(lái)分離混合二具有很好的應(yīng)用前景;
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?yàn)?N2的極化率較大,從而 N2與沸石分子篩中的陽(yáng)離子及其極性表面作用強(qiáng)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(yáng)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(shù)、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(guān)注。人們對(duì)其進(jìn)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(gòu)烷烴的辛烷值大大正構(gòu)烷烴,因此利用吸附分離法可以脫除正構(gòu)烷烴。實(shí)際應(yīng)用中一般將吸附分離與 C5/C6烷烴異構(gòu)化相配合,將通過(guò)吸附分離出來(lái)的正構(gòu)烷烴進(jìn)行異構(gòu)化,從而更大程度的提高汽油的辛烷值。A 型沸石分子篩中的鈉離子被鈣離子交換達(dá) 40%以上時(shí),它的有效孔徑可增大至 0.5nm,能滿(mǎn)足此分離的要求,分離中烴類(lèi)混合物通過(guò)吸附床層,正構(gòu)烷烴由于分子外形尺寸小于沸石分子篩孔徑尺寸可以自由進(jìn)入其孔道中被吸附,異構(gòu)烷烴的分子尺寸較大不能進(jìn)入,則流出吸附床層為富含異構(gòu)烷烴高辛烷值的物料。吸附床層吸附飽和后,用脫附劑將正構(gòu)烷烴脫附送去異構(gòu)化反應(yīng)。 [4]
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。