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。其化學(xué)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Ca2+、Ba2+等。它在結(jié)構(gòu)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(jù)SiO2和Al2O3的分子比不同,得到不同孔徑的分子篩。
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。
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(人工合成時通常為Na),n代表金屬離子價數(shù), x代表SiO2的摩爾數(shù),也稱為硅鋁比,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、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)。
按催化性質(zhì),分子篩催化劑可以分為以下幾點:
1、酸催化劑,利用分子篩的表面酸性進(jìn)行催化反應(yīng);
2、雙功能催化劑,分子篩可以負(fù)載鉑、鈀類的金屬,得到兼有金屬催化功能和酸催化功能的雙功能分子篩催化劑;
3、擇形催化劑,由于分子篩的催化作用一般發(fā)生在晶體內(nèi)空間,分子篩的孔徑大小和孔道結(jié)構(gòu)對催化活性和選擇性有很大的影響。分子篩具有規(guī)整而均勻的晶內(nèi)孔道,而且孔徑大小接近于分子尺寸,使分子篩的催化性能隨反應(yīng)物分子、產(chǎn)物分子或反應(yīng)中間物的幾何尺寸的變化而顯著變化。
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。
4A分子篩是一種堿金屬硅鋁酸鹽,其孔徑為4?(0.4nm),主要用于吸附水、甲醇、硫化氫、二氧化硫、二氧化碳、乙烯、丙烯等臨界直徑不大于4?的分子,對水的選擇吸附性能任何其他分子,是工業(yè)上用量大的分子篩品種之一。