由于AlO4四面體具有一個負電荷,可以結合鈉等離子,成為電中性。在水溶液中,Na 很容易與其他陽離子交換。大多數(shù)分子篩催化劑是多價金屬陽離子或H的交換物,分子篩具有酸性和對分子大小的選擇性,可以作為催化劑或載體使用。高二氧化硅沸石對有機基團表現(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。 硅及鋁原子通過氧構成氧環(huán),氧環(huán)的大小決定沸石的細孔孔徑。每個氧環(huán)的氧原子數(shù)目為4~12個。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。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,水分子可自由進入,而乙醇分子直徑大于 0.3nm 不能進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)境帶來了嚴重的危害。
分子篩的吸附特性:
分子篩對于H2O、NH3、H2S、CO2等高分子極性具有很高的親和力,特別是對于水,在低分壓(甚至在133帕以下)或低濃度,高溫(甚至在100℃以上)等十分苛刻的條件下仍有很高的吸附容量;
1、低分壓或低濃度下的吸附:在相對濕度30% 時分子篩的吸水量比硅膠,活性氧化鋁都高。隨著相對濕度的降低,分子篩的性越發(fā)顯著,而硅膠,活性氧化鋁隨著濕度的增加,吸附量不斷增加,在相對濕度很低時,它們的吸附量很少;
2、高溫吸附:分子篩是可用的高溫吸附劑。在100 ℃和1.3 %相對濕度時分子篩可吸附15%重量的水分,比相同條件下活性氧化鋁的吸水量大10倍;而比硅膠大20倍以上。所以在較高的溫度下,分子篩仍能吸附相當數(shù)量的水分,而活性氧化鋁,特別是硅膠,大大喪失了吸附能力;
3、高速吸附:分子篩對像水等極性分子在分壓或濃度很低時的吸附速率要遠遠超過硅膠,活性氧化鋁。雖然在相對濕度很高時,硅膠的平衡吸水量要分子篩,但隨著吸附質的線速度的提高,硅膠的吸水率越來越不如分子篩。
分子篩的催化性能:
分子篩晶體具有均勻的孔結構,孔徑的大小與通常分子相當;它們具有很大的表面積。而且表面極性很高;平衡骨架負電荷的陽離子,可進行離子交換;一些具有催化活性的金屬也可以交換導入晶體,然后以的分散度還原為元素狀態(tài);同時分子篩骨架結構的穩(wěn)定性很高。這些結構性質,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。
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。