按催化性質(zhì),分子篩催化劑可以分為以下幾點(diǎn):
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,使得通過精餾只能得到 95%的乙醇,對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)的特殊性及種類的多樣化,以沸石分子篩為吸附劑來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,將通過吸附分離出來的正構(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,能滿足此分離的要求,分離中烴類混合物通過吸附床層,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]
分子篩基本特性:
分子篩對水或各種氣,液態(tài)化合物可逆吸附及脫附;
金屬陽離子易被交換;
分子篩內(nèi)部空腔和通道形成非常高的內(nèi)表面積。
1、根據(jù)分子大小和形狀的不同選擇吸附——分子篩效應(yīng):分子篩晶體具有蜂窩狀的結(jié)構(gòu),晶體內(nèi)的晶穴和孔道相互溝通,并且孔徑大小均勻,固定(分子篩空腔直徑一般在3—15埃之間),與通常分子的大小相當(dāng),只有那些直徑比較小的分子才能通過沸石孔道被分子篩吸附,而構(gòu)型龐大的分子由于不能進(jìn)入沸石孔道,則不被分子篩吸附。而硅膠,活性氧化鋁和活性碳沒有均勻的孔徑,孔徑分布范圍十分寬廣,所以沒有篩分性能。
2、根據(jù)分子極性,不飽和度和極化率的選擇吸附:分子篩對于極性分子和不飽和分子有很高的親和力;在非極性分子中,對于極化率在的分子有較高的選擇吸附優(yōu)勢。此外,沸點(diǎn)越低的分子,越不易被分子篩所吸附。
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(shí)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,能吸附水、NH3、H2S、二氧化硫、二氧化碳、C2H5OH、C2H6、C2H4等臨界直徑不大于4A的分子。廣泛應(yīng)用于氣體、液體的干燥,也可用于某些氣體或液體的精制和提純,如氬氣的制取。