沸石与分子筛的区别讲解

沸石与分子筛的区别研究摘要随着天然与人工分子筛在化工行业的应用的推广，以及各方面的生产要求的提高，促使分子筛的研究成为当今的热门。作为初学者，本文主要围绕沸石、分子筛的不同应用分别从二者的概念、特征、结构、性能、用途等几个方面阐述分子筛与沸石的区别。关键词沸石分子筛应用区别一、简介1932年，McBain提出了“分子筛”的概念。表示可以在分子水平上筛分物质的多孔材料。虽然沸石只是分子筛的一种，但是沸石在其中最具代表性，因此“沸石”和“分子筛”这两个词经常被混用。人造沸石是：磺酸化聚苯乙烯；天然沸石：铝硅酸钠。沸石族矿物常见于喷出岩，特别是玄武岩的孔隙中，也见于沉积岩、变质岩及热液矿床和某些近代温泉沉积中。浙江省缙云县为我国境内沸石储量最高的地区。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的分子尺寸大小（通常为0.3nm至2.0nm）的孔道和空腔体系，从而具有筛分分子的特性。然而随着分子筛合成与应用研究的深入，研究者发现了磷铝酸盐类分子筛，并且分子筛的骨架元素（硅或铝或磷）也可以由B、Ga、Fe、Cr、Ge、Ti、V、Mn、Co、Zn、Be和Cu等取代，其孔道和空腔的大小也可达到2nm以上，因此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，孔道尺寸小于2nm、2~50nm和大于50nm的分子筛分别称为微孔、介孔和大孔分子筛。由于具有较大的孔径，成为较大尺寸分子反应的良好载体，但介孔材料的孔壁为非晶态，致使其水热稳定性和热稳定性尚不能满足石油化工应用所需的苛刻条件。由于含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水，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，而把比孔道大的分子排斥在外，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。目前分子筛在冶金，化工，电子，石油化工，天然气等工业中广泛使用。二，结构沸石有很多种，已经发现的就有36种。它们的共同特点就是具有架状结构，就是说在它们的晶体内，分子像搭架子似地连在一起，中间形成很多空腔。因为在这些空腔里还存在很多水分子，因此它们是含水矿物。这些水分在遇到高温时会排出来，比如用火焰去烧时，大多数沸石便会膨胀发泡，像是沸腾一般。沸石的名字就是因此而来。不同的沸石具有不同的形态，如方沸石和菱沸石一般为轴状晶体，片沸石和辉沸石则呈板状，丝光沸石又成了针状或纤维状等等。各种沸石如果内部纯净的话，它们应该是无色或白色，但是如果内部混入了其他杂质，便会显出各种浅浅的颜色来。沸石还具有玻璃样的光泽。我们知道沸石中的水分可以跑出来，但这并不会破坏沸石内部的晶体结构。因此，它还可以再重新吸收水或其他液体。于是，这也成了人们利用沸石的一个特点。我们可以用沸石来分离炼油时产生的一些物质，可以让它使空气变得干燥，可以让它吸附某些污染物，净化和干燥酒精等等。沸石矿物有很广的分布。特别多见于由火山碎屑形成的沉积岩石中，在土壤中也有发现。分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。分子筛具有均匀的微孔结构，它的孔穴直径大小均匀，这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力，因而能把极性程度不同，饱和程度不同，分子大小不同及沸点不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称分子筛。由于分子筛具有吸附能力高，热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点，使得分子筛获得广泛的应用。三、特征分子筛为粉末状晶体，有金属光泽，硬度为3～5，相对密度为2～2.8，天然沸石有颜色，合成沸石为白色，不溶于水，热稳定性和耐酸性随着SiO2/Al2O3组成比的增加而提高。分子筛有很大的比表面积，达300～1000m2/g，内晶表面高度极化，为一类高效吸附剂，也是一类固体酸，表面有很高的酸浓度与酸强度，能引起正碳离子型的催化反应。当组成中的金属离子与溶液中其他离子进行交换时，可调整孔径，改变其吸附性质与催化性质，从而制得不同性能的分子筛催化剂。沸石是沸石族矿物的总称，是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸矿物。按沸石矿物特征分为架状、片状、纤维状及未分类四种，按孔道体系特征分为一维、二维、三维体系。任何沸石都由硅氧四面体和铝氧四面体组成。四面体只能以顶点相连，即共用一个氧原子，而不能“边”或“面”相连。铝氧四面体本身不能相连，其间至少有一个硅氧四面体。而硅氧四面体可以直接相连。硅氧四面体中的硅，可被铝原子置换而构成铝氧四面体。但铝原子是三价的，所以在铝氧四面体中，有一个氧原子的电价没有得到中和，而产生电荷不平衡，使整个铝氧四面体带负点。为了保持中性，必须有带正电的离子来抵消，一般是由碱金属和碱土金属离子来补偿，如Na、Ca及Sr、Ba、K、Mg等金属离子。由于沸石具有独特的内部结构和结晶化学性质，因而使沸石拥有多种可供工农业利用的特性。世界上已发现的天然沸石一般为浅灰色，有时为肉红色。拿在手上明显感到比一般石头轻，这是因为沸石内部充满了细微的孔穴和通道，比蜂房要复杂得多。假如把沸石比作旅馆，那么1立方微米的这种“超级旅馆”内竟有100万个“房间”！的这些房间能根据“旅客”（分子和离子）的性别、高矮、胖瘦、嗜好的不同自动开门或挡驾，绝对不会让“胖子”到“瘦子”的房间去，也不会使高个子与矮个子同住一室。根据沸石的这一特性，人们用它来筛选分子，获得很好的效果。这对在工业废液中回收铜、铅、镉、镍、钼等金属微粒具有特别重要的意义。沸石具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能，因此被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂，也可用于气体的干燥、净化和污水处理等方面。沸石还具有“营养”价值。在饲料中添加5%的沸石粉，能使禽畜生长加快，体壮肉鲜，产蛋率高。由于沸石的多孔性硅酸盐性质，小孔中存有一定量的空气，常被用于防暴沸。在加热时，小孔内的空气逸出，起到了气化核的作用，小气泡很容易在其边角上形成。四、用途1.沸石的用途吸附剂和干燥剂催化剂洗涤剂其他用途：（污水处理、土壤改良剂、饲料添加剂）天然沸石是一种新兴材料，被广泛应用于工业、农业、国防等部门，并且它的用途还在不断地开拓。沸石被用作离子交换剂、吸附分离剂、干燥剂、催化剂、水泥混合材料。在石油、化学工业中，用作石油炼制的催化裂化、氢化裂化和石油的化学异构化、重整、烷基化、歧化；气、液净化、分离和储存剂；硬水软化、海水淡化剂；特殊干燥剂（干燥空气、氮、烃类等）。在轻工行业用于造纸、合成橡胶、塑料、树脂、涂料充填剂和素质颜色等。在国防、空间技术、超真空技术、开发能源、电子工业等方面，用作吸附分离剂和干燥剂。在建材工业中，用作水泥水硬性活性掺和料，烧制人工轻骨料，制作轻质高强度板材和砖。在农业上用作土壤改良剂，能起保肥、保水、防止病虫害的作用。在禽畜业中，作饲料（猪、鸡）的添加剂和除臭剂等，可促进牲口成长，提高小鸡成活率。在环境保护方面，用来处理废气、废水，从废水废液中脱除或回收金属离子，脱除废水中放射性污染物。在医学上沸石用于血液、尿中氮量的测定。沸石还被开发成为保健用品，用于抗衰老，去除体内积累的重金属。在生产中沸石常用于砂糖的精制。新型墙材（加气混凝土砌块）原料随着实心粘土砖逐步退出舞台，新型墙材料应用比例目前已达到80%墙体材料生产企业以粉煤灰、陶粒、炉渣、轻质工业废渣、重质建筑垃圾、沸石等为主料，积极开发新型墙体材料。分子筛最常用的有：（一）、3A分子筛化学式：2/3K2O·1/3Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O硅铝比：SiO2/Al2O3≈2有效孔径：约3Å应用：主要技术指标：单位球状条状规格mm1.6-2.53-54-61.63.2静态水吸附（25℃，RH50%）%wt≥20.5≥20.5≥20.5≥20≥20磨耗率%wt≤0.2≤0.2≤0.2≤0.25≤0.25堆积密度g/ml≥0.68≥0.68≥0.68≥0.64≥0.64抗压强度N≥25≥70≥80≥25≥60包装含水量（575℃，3小时）%wt≤1.5≤1.5≤1.5≤1.5≤1.5吸附乙烯量mg/g≤3≤3≤3≤3≤3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。包装：30Kg密封钢桶、150Kg密封钢桶，130Kg密封钢桶（条状）。（二）、4A分子筛化学式：Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O硅铝比：SiO2/Al2O3≈2有效孔径：约4Å应用：主要用于天然气以及各种化工气体和液体、冷冻剂、药品、电子材料及易变物质的干燥，氩气纯化，甲烷、乙烷、丙烷的分离。主要技术指标：指标单位球状条状规格mm0.5-1.01.6-2.53-51.63.2静态水吸附（25℃，RH50%）%wt≥21.5≥21.5≥21.5≥21≥21磨耗率%wt≤0.2≤0.2≤0.2≤0.25≤0.25堆积密度g/ml0.69-0.75≥0.69≥0.69≥0.70≥0.65抗压强度N/≥30≥80≥40≥70包装含水量（575℃，3小时）%wt≤1.5≤1.5≤1.5≤1.5≤1.5吸附甲醇量mg/g≤140≤140≤140≤140≤140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。包装：30Kg密封钢桶、150Kg密封钢桶，130Kg密封钢桶（条状）。（三）、5A分子筛化学式：3/4CaO·1/4Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O硅铝比：SiO2/Al2O3≈2有效孔径：约5Å应用：主要用于正异构烷烃的分离，氧氮分离，化工、石油天然气、氨分解气体和其他工业气体及液体的干燥和精制。主要技术指标：指标单位球状条状规格mm1.6-2.53-51.63.2静态水吸附（25℃,RH50%）%wt≥21≥21≥21≥21磨耗率%wt≤0.2≤0.2≤0.25≤0.25堆积密度g/ml≥0.65≥0.65≥0.65≥0.65抗压强度N≥28≥60≥30≥60包装含水量（575℃，3小时）%wt≤1.5≤1.5≤1.5≤1.5吸附正乙烷量mg/g≥120≥120≥120≥120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。包装：30Kg密封钢桶、150Kg密封钢桶，130Kg密封钢桶（条状）。（四）、10X分子筛化学式：4/5CaO·1/5Na2O·Al2O3·（2.8±0.2)SiO2·（6-7)H2O硅铝比：SiO2/Al2O3≈2.6-3.0有效孔径：约9Å应用：主要用于吸附分离芳烃及石蜡精制。主要技术指标：指标单位球形规格mm1.0-1.63.0－5.0静态水吸附（25℃，RH50%）%wt≥28≥28磨耗率%wt堆积密度g/ml≥0.7≥0.6抗压强度N≥15≥70包装含水量（575℃，3小时）%wt≤1.5≤1.5粒径合格率%9898静态正已烷吸附mg/g≥18≥18PH指数1010落粉率NTU≤30≤30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，200～35