3A/4A/5A/13X分子篩特性介紹與用途

    山東源林硅瓷生產(chǎn)的分子篩：

    分子篩是一種硅鋁酸鹽多微孔晶體，它具有均一的孔徑和極高的比表面積、熱穩(wěn)定性好、吸附性能強(qiáng)、內(nèi)表面積大、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。分子篩由于其用途的不同，因此分為：

    吸附脫水：3A、4A、5A、13X

    氣體吸附分離：4A、5A、13X

    制氮制氧：碳分子篩、13-HP分子篩、鋰分子篩

    中空玻璃：中空玻璃分子篩

    聚氨酯膠/塑料類脫水添加劑：分子篩活化粉

    分子篩的主要特性：

    1、分子篩對(duì)水或各種氣，液態(tài)化合物可重復(fù)吸附和脫附。

    2、分子篩可以實(shí)現(xiàn)選擇性吸附，即只吸附那些小于分子篩孔徑的分子。

    3、對(duì)于小的不飽和極性分子，具有優(yōu)異的選擇吸附性能。不飽和度越高，極性越大，其吸附性越強(qiáng)。

    4、具有強(qiáng)烈的吸水性。哪怕在較高的溫度、較大的空速和含水量較低的情況下，仍有相當(dāng)高的吸水容量。

    實(shí)驗(yàn)表明分子篩對(duì)于水 、氨氣 、硫化氫 、二氧化碳 等極性強(qiáng)分子具有很強(qiáng)的吸附力。特別對(duì)于水，在低分壓、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量。

    1、低壓或低濃度下的吸附

    在相對(duì)濕度30%時(shí)分子篩的吸水量比硅膠 ,活性氧化鋁都高。隨著相對(duì)濕度的降低，分子篩的優(yōu)越性越發(fā)顯著。而硅膠，活性氧化鋁隨著濕度的降低，吸附量快速下降。

    2、高溫吸附

    在較高的溫度下，活性氧化鋁，特別是硅膠，會(huì)幾乎喪失吸附能力。

    分子篩是唯一可用的高溫吸附劑。在100度和相對(duì)濕度1.3%時(shí)，分子篩吸水量還能達(dá)到15%，比相同條件下活性氧化鋁的吸水量大10倍。

    分子篩的催化特性及相關(guān)解釋：

    分子篩具有均勻的孔結(jié)構(gòu)，形成很大的表面積，而且表面極性很高，一些具有催化活性的金屬可以，以極高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，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。

    1、分子篩的相關(guān)解釋

    分子篩，常稱沸石或沸石分子篩，按經(jīng)典的定義為“ 是具有可以被很多大的離子和水分占據(jù)孔穴（道）骨架結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽” 。照傳統(tǒng)定義，分子篩是具有均一結(jié)構(gòu)，能將不同大小分子分離或選擇性反應(yīng)的固體吸附劑或催化劑。狹義講，分子篩是結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽，由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵連相連形成孔道和空隙體系，從而具有篩分分子的特性?；究煞譃锳、X、Y、M和ZSM幾種型號(hào)，研究者常把它歸屬固體酸一類。

    2、分子篩催化劑的分類及其特點(diǎn)

    分子篩按孔道大小劃分，分別有小于2nm、2~50nm和大于50nm的分子篩，它們分別稱為微孔、介孔和大孔分子篩。分子篩根據(jù)孔徑大小可分為微孔、介孔和大孔分子篩三大類。微孔分子篩具有強(qiáng)酸性和高水熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)和特殊“擇形催化”性能，但也存在著孔徑狹窄、擴(kuò)散阻力大等缺點(diǎn)，從而大大限制了在大分子催化反應(yīng)中的應(yīng)用。介孔分子篩具有比表面積高、吸附容量大、孔徑大等特點(diǎn)，在一定程度上解決了傳質(zhì)擴(kuò)散限制問題，但其酸性較弱且水熱穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致其工業(yè)應(yīng)用受到了限制。為了解決上述問題，研究人員開發(fā)了多級(jí)孔分子篩，該分子篩結(jié)合了介孔和微孔分子篩的優(yōu)點(diǎn)，在石油化工領(lǐng)域具有不可估量的應(yīng)用前景。

    3、分子篩的催化特性

    （1）催化反應(yīng)的活性要求：

    比表面積大，孔分布均勻，孔徑可調(diào)變，對(duì)反應(yīng)物和產(chǎn)物有良好的形狀選擇；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，可耐高溫（400～600℃），熱穩(wěn)定性很好，活化再生后可重復(fù)使用；對(duì)設(shè)備無腐蝕且容易與反應(yīng)產(chǎn)物分離，生產(chǎn)過程中基本不產(chǎn)生“三廢”，廢催化劑處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境。如擇形催化的研究體系，幾乎包括了全部的烴類轉(zhuǎn)化和合成，還有醇類和其它含氮、氧、硫有機(jī)化合物以及生物質(zhì)的催化轉(zhuǎn)化，這些都為基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和工業(yè)開發(fā)開辟了廣闊的領(lǐng)域。一些含過渡金屬的沸石分子篩不僅應(yīng)用到傳統(tǒng)的酸堿催化體系中，而且也應(yīng)用到氧化一還原催化過程中。

    （2）沸石分子篩的高效催化

    對(duì)于工業(yè)催化所用的沸石分子篩而言，高性能是基本的要求和目標(biāo)。催化材料活性中心的種類與數(shù)量，以及微孔擴(kuò)散性能是影響其催化活性的內(nèi)在本質(zhì)因素。催化選擇性則與微孔孔道的擇形性、副反應(yīng)的發(fā)生、各反應(yīng)分子的擴(kuò)散快慢有密切關(guān)系，壽命一直是衡量催化材料性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，如何盡可能地延長(zhǎng)催化劑壽命是催化過程的永恒話題．在催化劑活性達(dá)到要求的前提下，失活催化劑如果容易再生，結(jié)構(gòu)可恢復(fù)，即可以反復(fù)再生，然后配以合適的反應(yīng)工藝，將可以達(dá)到延長(zhǎng)催化劑壽命的目的。所以高性能不僅對(duì)沸石分子篩材料提出了更高的要求，而且需要催化材料與反應(yīng)工藝、反應(yīng)工程系統(tǒng)進(jìn)行多尺度的結(jié)合與配合，最終使催化劑在工業(yè)化應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高性能。

    4、分子篩的結(jié)構(gòu)與其性能

    （1）晶粒大小與形狀的控制

    大多數(shù)沸石分子篩的孔道尺寸小于1nm，小分子有機(jī)物在分子篩孔道中反應(yīng)時(shí)，擴(kuò)散會(huì)受到一定的限制，從而影響其孔道利用率及催化性能。減小晶粒尺寸和改變晶粒形狀是提高分子擴(kuò)散性能和孔道利用率的手段，小晶?；蚣{米分子篩比大晶粒分子篩孔道擴(kuò)散路徑短，其孔道利用率將大大提高，催化活性也將有提高。

    （2）多級(jí)孔復(fù)合

    目前報(bào)道的大部分介孔材料都存在著材料熱穩(wěn)定性較差、缺少一定強(qiáng)度的表面酸性中心及酸中心易流失等缺點(diǎn)，其主要原因是盡管上述材料具有有序的介孔孔道，但其骨架為無定形結(jié)構(gòu)。沸石分子篩雖然具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和較強(qiáng)的酸性中心，但存在分子擴(kuò)散的限制，從而影響其催化反應(yīng)的活性和選擇性。而微孔與介孔或大孔的多級(jí)孔復(fù)合材料有望結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)并在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。多級(jí)孔沸石分子篩有望用于一些較大分子的催化反應(yīng)及液相催化反應(yīng)中。

    （3）共結(jié)晶分子篩

    共結(jié)晶分子篩的催化本質(zhì)實(shí)際上是孔道與酸性的精細(xì)調(diào)變，它是實(shí)現(xiàn)提高催化劑性能的一種手段。結(jié)晶分子篩的催化性能有較大幅度的提高，例如ZSM-5/ZSM-11（MFI/MEL）共結(jié)晶分子篩應(yīng)用于MTG反應(yīng)時(shí)，可大范圍調(diào)節(jié)汽油組分。

    （4）分子篩表面修飾與其水熱穩(wěn)定性提高

    熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性是分子篩催化劑需要考察的重要性質(zhì)之一，許多工業(yè)催化反應(yīng)對(duì)催化劑的熱穩(wěn)定性，尤其是水熱穩(wěn)定性要求很高，它們往往是決定催化劑壽命和反應(yīng)工藝選擇的關(guān)鍵。以碳四烯烴催化裂解反應(yīng)為例，由于該反應(yīng)在水蒸氣條件下進(jìn)行，提高催化劑水熱穩(wěn)定性是碳四烯烴催化劑開發(fā)的關(guān)鍵。結(jié)果表明，通過對(duì)多孔材料催化活性中心進(jìn)行磷氧化合物組裝修飾、引入骨架雜原子等，可以提高催化材料在水蒸氣條件下活性中心的穩(wěn)定性。