分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物。分子篩具有均勻的微孔結(jié)構(gòu),它的孔穴直徑大小均勻,這些孔穴能把比其直徑小的分子吸附到孔腔的內(nèi)部,并對極性分子和不飽和分子具有吸附能力,因而能把極性程度不同,飽和程度不同,分子大小不同及沸點不同的分子分離開來,即具有“篩分”分子的作用,故稱分子篩。由于分子篩具有吸附能力高,熱穩(wěn)定性強等其它吸附劑所沒有的優(yōu)點,使得分子篩獲得廣泛的應(yīng)用。
在生物大分子領(lǐng)域,常見的有bio-rad SEC分子篩預(yù)裝柱。
美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn),通過調(diào)整溫度,能夠地控制一種鈦硅酸鹽材料中的孔洞大小,制造出精密的新型分子篩。 一些晶體材料內(nèi)部有著大量均勻的微孔,尺寸比孔洞小的分子能夠穿過,而大分子不能穿過,因此可以起到分離不同分子的作用,這類材料被稱為分子篩。
其實在2001年科學(xué)家在英國《自然》雜志上報告說,他們發(fā)現(xiàn)一種稱為鈦硅酸鹽ETS-4的物質(zhì)能夠作為良好的分子篩。當溫度升高時,ETS-4會逐漸脫水,微孔的尺寸隨之減小。利用這種方法,可以在3到4埃(1埃等于十億分之一米)的范圍內(nèi)精細地調(diào)整微孔尺寸。 科學(xué)家說,一些常見分子如氮氣、甲烷、氧氣、氬氣和水分子等尺寸都在3至4埃左右,彼此大小相差無幾,用ETS-4制作的分子篩可以有效地將它們分開。 研究人員已經(jīng)嘗試用ETS-4從氮氣和甲烷混合物中將氮氣的含量由18%降到5%以下,并在分離氬氣與氧氣、氮氣與氧氣的實驗中也取得了成功。據(jù)認為這一技術(shù)將有重要的商業(yè)應(yīng)用前景。
離子交換法 通常在水溶液中將Na-分子篩轉(zhuǎn)變?yōu)楹兴桕栯x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?中空玻璃分子篩氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽。溶液中不同性質(zhì)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+。常用下列參數(shù)表示交換結(jié)果:交換度,即交換下來的Na+量占分子篩中原有Na+量的百分數(shù);交換容量,為每100克分子篩中交換的陽離子毫克當量數(shù);交換效率,表示溶液中陽離子交換到分子篩上的質(zhì)量百分數(shù)。為了制取合適的分子篩催化劑,有時尚需將交換所得產(chǎn)物與其他組分調(diào)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(diào)配好的物料經(jīng)成型即可進行催化劑的活化。
分子篩產(chǎn)品屬于一種無機非金屬材料,廣泛應(yīng)用于氣體分離與凈化、富氧燃燒、催化脫硝、核廢水處理、鹽堿地土壤治理和重金屬污染土壤修復(fù)等領(lǐng)域,是一種能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)作用的材料,按《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》、《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020)》、《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》、《國家支持的高新技術(shù)領(lǐng)域》和《當前發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域指南》(2011年度)等國家政策文件,分子篩行業(yè)可歸類為新材料領(lǐng)域的無機非金屬材料行業(yè)。
分子篩是一種具有規(guī)則、有序、均勻孔道結(jié)構(gòu)的無機非金屬材料。其晶體結(jié)構(gòu)中有規(guī)整而均勻的孔道,孔徑大小為分子數(shù)量級,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照直徑大小加以篩分,故稱分子篩,具有吸附、催化、離子交換三大功能。由于分子篩具有吸附能力高、熱穩(wěn)定性好等特點,使得分子篩得到廣泛應(yīng)用。
長期以來,國際分子篩廠商憑借在分子篩研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)以及資金優(yōu)勢,通過兼并重組,逐漸形成了對分子篩行業(yè)的寡頭壟斷,主導(dǎo)著全球分子篩的市場,攫取高額利潤。
在國內(nèi)分子篩吸附劑領(lǐng)域,市場國際化程度高,市場競爭激烈。大部分企業(yè)系民營企業(yè)且規(guī)模較小,年產(chǎn)萬噸級以上的成型分子篩企業(yè)較少。隨著環(huán)保政策的嚴厲執(zhí)行,部分分子篩原粉企業(yè)因為環(huán)保壓力加大、生產(chǎn)成本上升等因素逐漸退出市場。國內(nèi)低端成型分子篩市場充分競爭;中成型分子篩市場,國際大型分子篩企業(yè)憑借品牌和技術(shù)優(yōu)勢仍然具有很強的競爭力。面對國際大型分子篩企業(yè)的競爭,國內(nèi)成型分子篩企業(yè)需要擁有良好的技術(shù)創(chuàng)新能力和較大的生產(chǎn)規(guī)模來應(yīng)對。
2016年至2018年,全球分子篩吸附劑消費量復(fù)合增長率為5.01%,預(yù)計2018年至2025年,全球分子篩吸附劑消費量復(fù)合增長率達5.52%。全球分子篩吸附劑的消費數(shù)量和市場容量呈穩(wěn)步增長趨勢。
在能源化工方面:二甲醚羰基化后加氫生成乙醇技術(shù)路線是一條環(huán)境友好型新技術(shù)路線。近年來,有關(guān)科研院校和分子篩企業(yè)正在研究分子篩產(chǎn)品在二甲醚羰基化反應(yīng)中的應(yīng)用,開發(fā)出催化活性和乙酸甲酯選擇性更高、沒有誘導(dǎo)期的新型煤制乙醇分子篩催化劑;煤制丙烯吸附劑目前存在主要問題是吸附量低、易粉化,行業(yè)內(nèi)的有關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè)正在對煤制丙烯分子篩吸附劑的粉體合成、成型和焙燒工藝技術(shù)進行改進,提高分子篩吸附劑的吸附量和機械強度,降低磨耗率。