什么是分子筛

分子筛简介目录一分子筛的定义二分子筛的分类三分子筛的特点四分子筛的应用五分子筛的生产一分子筛的定义•狭义上讲，分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成。•广义上讲，结构中有规整而均匀的孔道，孔径为分子大小的数量级,它只允许直径比孔径小的分子进入,因此能将混合物中的分子按大小加以筛分。•Zeolite通常特指Si-Al分子筛。Molecularsieve指具有筛分分子能力的材料。对于SAPO，一般用molecularsieve，也用于碳分子筛（非晶体）。二分子筛的分类•分子筛按来源分为有天然沸石和合成沸石两种。天然沸石大部分由火山凝灰岩和凝灰质沉积岩在海相或湖相环境中发生反应而形成。目前已发现有1000多种沸石矿，较为重要的有35种，常见的有斜发沸石、丝光沸石、毛沸石和菱沸石等。主要分布于美、日、法等国，中国也发现有大量丝光沸石和斜发沸石矿床。•分子筛按骨架元素组成可分为硅铝类分子筛、磷铝类分子筛和骨架杂原子分子筛；•按孔道大小划分，小于2nm微孔分子筛2～50nm介孔分子筛大于50nm大孔分子筛•按硅铝比分为A型、X型、Y型等分子筛。通式为：MO.Al2O3.xSiO2.yH2O，其中M代表K、Na、Ca等习惯上：1.SiO2/Al2O3摩尔比：2.2~3.0叫X型分子筛。2.SiO2/Al2O3摩尔比：3.0叫Y型分子筛。3.A型分子筛的硅铝比接近1：1。气体行业常用的分子筛型号；方钠型，如A型：钾A(3A），钠A(4A），钙A(5A）；八面型，如X型：钙X(10X），钠X(13X）和Y型：钠Y，钙Y；丝光型，（-M型）：高硅型沸石，如ZSM-5等。沸石分子筛的主要成分是硅铝酸盐，不同型号的分子筛主要是硅/铝比不同。沸石分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，这些微小的孔穴直径大小均匀，能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔道大得分子排斥在外,因而能把形状直径大小不同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。目前分子筛在化工，电子，石油化工，天然气等工业中广泛使用。沸石分子筛型号种类：A型:钾A(3A)3A分子筛,钠A(4A)4A分子筛,钙A(5A)5A分子筛,X型:钙X(10X)10X分子筛,钠X(13X)13X分子筛Y型:,钠Y,钙Y3沸石分子筛沸石分子筛的特点是它有相当均匀的孔径，如0.3nm、0.4nm、0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm、1.0nm细孔，比孔径小的分子，可以通过微孔孔口进入孔穴内，吸附于孔穴表面，并在一定条件下解吸放出；比孔径大的分子则不能进入，从而把分子直径大小不同的混合分离开来，分子筛由此而得名。沸石分子筛主要用于化学工业的各种原料气(液)体的干燥及利用分子筛作用来分离正烷烃等。什么是沸石分子筛沸石分子筛具有晶体的结构和特征，表面为固体骨架，内部的孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之间有孔道相互连接，分子由孔道经过。由于孔穴的结晶性质，分子筛的孔径分布非常均一。分子筛依据其晶体内部孔穴的大小对分子进行选择性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥较大物质的分子，因而被形象地称为“分子筛”。分子筛吸附或排斥的功能受分子的电性影响。合成沸石具有根据分子的大小和极性而进行选择性吸附的特殊功能，因而可以对气体或液体进行干燥或纯化，这也是分子筛可以进行分离的基础。合成沸石可以满足工业界对吸附和选择特性产品的广泛需求，在工业分离中也大量应用到合成沸石分子筛。商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类,如3A型、4A型、5A型分子筛。4A型即孔径4A。含Na+的A型分子筛记作Na-A,若其中Na+被K+置换,孔径约为3A，即为3A型分子筛；如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置换,孔径约为5A，即为5A型分子筛。Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置换,孔径约为5A，即为5A型分子筛。三分子筛的特点3.1结构特点•硅氧四面体与铝氧四面体构成骨架•相邻四面体氧桥连成环（有4,5,6,8,10,12元氧环等）•氧环通过氧桥相互连接，形成具有三维空间的多面体（α，β，六方柱笼等）•不同结构的笼再通过氧桥相互接成各种不同结构的分子筛3.1.1硅氧四面体和铝氧四面体沸石分子筛的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体，它们通过氧桥相互联结。3.1.2多元环由四个四面体形成的环叫四元环，五个四面体形成的环叫五元环，依此类推还有六元环、八元环和十二元环等3.1.3笼各种环通过氧桥相互连接成三维空间的多面体叫晶穴或孔穴，也有称为空腔。通常以笼(cage)来称呼。由笼再进一步排列即成各种沸石的骨架结构。笼有多种多样，如立方体()笼、六方柱笼、笼、笼、八面沸石笼等。笼（立方笼）•笼：由六个四元环组成，又叫立方体笼六方柱笼•六方柱笼：由六个四元环和两个六元环组成笼•可以看作为在离八面体每个顶角1/3处削去六个角而形成的。在削去顶角的地方形成六个正方形(四元环)。原来八个三角面变成正六边形(六元环)，顶点成了24个(即24个硅铝原子)。•笼的有效直径为0.66nm，空腔体积0.16nm3，由笼进一步连接就可构成A型、X型和Y型分子筛。笼示意图笼•笼总共由12个四元环、8个六元环和6个八元环组成的26面体。3.2分子筛的性能特点•择形作用•离子可交换特性•表面酸碱性质•静电场效应(二)分子筛的主要特性1、物理特性：比热：约0.95KJ/KgXK(0.23Kcal/KgX℃导热系数（脱水物）：2.09KJ/MXK(0.506Kcal/mX℃水吸附热：约3780KJ/Kg(915Kcal/Kg)2、热稳定性和化学稳定性：分子筛能承受600—700℃的短暂高温，但再生温度一般在400℃以下。分子筛可在PH值5-10范围的介质中使用；在盐溶液中能交换某些金属阳离子。3、分子筛的特性分子筛是一类结晶的硅铝酸盐，由于它具有均一的孔径和极高的比表面积，所以具有许多优异的特点。(1)按分子的大小和形状不同的选择吸附作用，即只吸附那些小于分子筛孔径的分子。(2)对于小的极性分子和不饱和分子，具有选择吸附性能，极性越大，不饱和度越高，其选择吸附性越强。(3)具有强烈的吸水性。哪怕在较高的温度、较大的空速和含水量较低的情况下，仍有相当高的吸水容量。基本特性：a)分子筛对水或各种气，液态化合物可逆吸附及脱附。b)金属阳离子易被交换。c)分子筛内部空腔和通道形成非常高的内表面积。其内表面可高于分子筛颗粒的外表面积的10000-100000倍。1.根据分子大小和形状的不同选择吸附——分子筛效应分子筛晶体具有蜂窝状的结构，晶体内的晶穴和孔道相互沟通，并且孔径大小均匀，固定（分子筛空腔直径一般在6—15埃之间），与通常分子的大小相当，只有那些直径比较小的分子才能通过沸石孔道被分子筛吸附，而构型庞大的分子由于不能进入沸石孔道，则不被分子筛吸附。而硅胶，活性氧化铝和活性碳没有均匀的孔径，孔径分布范围十分宽广，所以没有筛分性能。2.根据分子极性，不饱和度和极化率的选择吸附分子筛对于极性分子和不饱和分子有很高的亲和力；在非极性分子中，对于极化率在的分子有较高的选择吸附优势。此外，沸点越低的分子，越不易被分子筛所吸附。分子筛的高效吸附特性：分子筛对于H2O、NH3、H2S、CO2等高分子极性具有很高的亲和力，特别是对于水，在低分压（甚至在133帕以下）或低浓度，高温（甚至在100℃以上）等十分苛刻的条件下仍有很高的吸附容量。1.低分压或低浓度下的吸附在相对湿度30%时分子筛的吸水量比硅胶,活性氧化铝都高。随着相对湿度的降低，分子筛的优越性越发显著，而硅胶，活性氧化铝随着湿度的增加，吸附量不断增加，在相对湿度很低时，它们的吸附量很少。2.高温吸附分子筛是唯一可用的高温吸附剂。在100℃和1.3%相对湿度时分子筛可吸附15%重量的水分,比相同条件下活性氧化铝的吸水量大10倍;而比硅胶大20倍以上。所以在较高的温度下，分子筛仍能吸附相当数量的水分，而活性氧化铝，特别是硅胶，大大丧失了吸附能力。3.高速吸附分子筛对像水等极性分子在分压或浓度很低时的吸附速率要远远超过硅胶，活性氧化铝。虽然在相对湿度很高时，硅胶的平衡吸水量要高于分子筛，但随着吸附质的线速度的提高，硅胶的吸水率越来越不如分子筛效率高。分子筛的离子交换性分子筛的一个重要性能是可以进行可逆的离子交换。通过这种交换，改进了分子筛的吸附和催化性能，从而获得了广泛的应用（如可用于软化水和废水处理）。分子筛的催化性能分子筛晶体具有均匀的孔结构，孔径的大小与通常分子相当；它们具有很大的表面积。而且表面极性很高；平衡骨架负电荷的阳离子，可进行离子交换；一些具有催化活性的金属也可以交换导入晶体，然后以极高的分散度还原为元素状态；同时分子筛骨架结构的稳定性很高。这些结构性质，使分子筛不仅成为优良的吸附剂，而且成为有效的催化剂和催化剂载体。分子筛3A分子筛4A分子筛5A分子筛13X分子筛中空玻璃干燥剂制冷干燥剂富氧分子筛空分专用分子筛四分子筛的应用由于沸石的高选择性、强酸性等表面活性和规整的孔结构特点,可作为很好的催化材料,因而倍受重视。4.1择形作用沸石分子筛规正均匀的孔口和孔道使得催化反应可以处于一种择形的条件下进行。这就是所谓的择形催化。汽油的重整中，为提高汽油中异构烷烃的百分比，就可利用适当孔径的分子筛限制异构烷烃进入孔道，也就是说不让它们与分子筛的内表面接触，而正构烷烃却可自由出入，并在内表面的酸性中心上发生裂解反应而与异构烷烃分离。斜发沸石毛沸石丝光沸石菱沸石3A分子筛3A分子筛，又称KA分子筛。3A分子筛的孔径为3A，主要用于吸附水，不吸附直径大于3A的任何分子。适用于气体和液体的干燥，烃的脱水。可广泛应用于石油裂解气,乙烯，丙烯及天然气的深度干燥。根据工业上的应用特点，我们生产的分子筛具有更快的吸附速度、更多的再生次数、更高的抗碎强度及抗污染能力，提高了分子筛的利用效率并延长了分子筛的使用寿命，是石油、化工行业中气液相深度干燥、精炼、聚合所必需的首选干燥剂。分子式：0.4K2O0.6Na2OAl2O32.OSiO24.5H2O技术指标:性能单位技术指标形状条球直径mm1.5-1.73.0-3.31.7-2.53.0-5.0粒度%≥98≥98≥96≥96堆积密度g/ml≥0.60≥0.60≥0.60≥0.60磨耗率%≤0.20≤0.25≤0.20≤0.20抗压强度N≥45/cm≥60/cm≥45/p≥60/p静态水吸附%≥20≥20≥20≥20包装水含量%≤1.5≤1.5≤1.5≤1.5具体应用：各种液体(如乙醇)的干燥空气的干燥制冷剂的干燥天然气、甲烷气的干燥不饱和烃和裂解气、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯的干燥。注意事项：分子筛在使用前应防止预吸附水、有机气体或液体，否则，应予以再生。再生：1.脱除水分：视再生气的压力、温度、含水量而定。一般情况下，200～350℃干燥气体在0.3～0.5Kg/平方厘米压力下，通过分子筛床层3～4小时，使出口温度到110～180℃，冷却。2.脱有机物：用水蒸气代替有机物，然后脱除水份。储存：室温，相对湿度不大于90%的室内：避免水、酸、碱、隔绝空气，密闭保存。水分子的半径小于3A分子筛的孔径，可以被3A分子筛吸附。4A分子筛4A分子筛的孔径为4A，吸附水，甲醇、乙醇、硫化氢、二氧化硫、二氧化碳、乙烯、丙烯，不吸附直径大于4A的任何分子（包括丙烷），对水的选择吸附性能高于任何其他分子。是工业上用量最大的分子筛品种之一。其主要适用于气体，液体的干燥。可吸附H2O,NH3,H2S,CO2，SO2，CO，氯甲烷，溴甲烷，乙炔，乙烷，乙烯，丙烯等。广泛