下圖中的分子篩結(jié)構(gòu)應(yīng)該如何描述呢?準(zhǔn)確地說這是方鈉石籠按照金剛石中碳排列方式通過雙六元環(huán)連接形成二十六面體的超級籠,但套用分子篩界的“摩斯密碼”,F(xiàn)AU三個字母就可以簡潔準(zhǔn)確地表示上述復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。分子篩具有規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)和固定的孔尺寸,基于尺寸可以選擇性地篩分分子。例如FAU分子篩孔口直徑是0.74 納米,那么能進(jìn)入FAU分子篩中較大的分子尺寸就是0.74納米。分子篩獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其在吸附分離、催化反應(yīng)等領(lǐng)域能夠得到普遍的應(yīng)用。分子篩依據(jù)其晶體內(nèi)部孔穴的大小對分子進(jìn)行選擇性吸附,也就是吸附一定大小的分子而排斥較大物質(zhì)的分子。浙江4A分子篩廠家精選
分子篩的高效吸附特性。(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,分子篩的優(yōu)越性越發(fā)明顯,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(yuǎn)遠(yuǎn)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高于分子篩,但隨著吸附質(zhì)的線速度的提高,硅膠的吸水率越來越不如分子篩效率高。浙江4A分子篩廠家精選分子篩對水、極性分子和不飽和有機(jī)化合物有很高的親和力,其優(yōu)勢超過了硅膠、氧化鋁或活性炭。
離子交換性能,通常所說的離子交換是指沸石分子篩骨架外的補(bǔ)償陽離子的交換。沸石分子篩骨架外的補(bǔ)償離子一般是質(zhì)子和堿金屬或堿土金屬,它們很容易在金屬鹽的水溶液中被離子交換成各種價態(tài)的金屬離子型沸石分子篩。離子在一定的條件下,如水溶液或受較高溫度時比較容易遷移。在水溶液中,由于沸石分子篩對離子選擇性的不同,則可表現(xiàn)出不同的離子交換性質(zhì)。金屬陽離子與沸石分子篩的水熱離子交換反應(yīng)是自由擴(kuò)散過程。擴(kuò)散速度制約著交換反應(yīng)速度。通過離子交換可以改變沸石分子篩孔徑的大小,從而改變其性能,達(dá)到擇形吸附分離混合物的目的。沸石分子篩經(jīng)離子交換后,陽離子的數(shù)目、大小和位置發(fā)生改變,如高價陽離子交換低價陽離子后使沸石分子篩中的陽離子數(shù)目減少,往往造成位置空缺使其孔徑變大;而半徑較大的離子交換半徑較小的離子后,則易使其孔穴受到一定的阻塞,使有效孔徑有所減小。
分子篩有催化有機(jī)合成及其他性能的催化劑。分子篩催化劑通常只含5~15%的分子篩,其余部分為基質(zhì)?;|(zhì)常由難熔無機(jī)氧化物或其混合物和粘土組成。分子篩通式中的M通常為Na+、K+、Ca2+,這些離子可以部分或全部被半徑小、電荷多的金屬離子取代,這樣骨架結(jié)構(gòu)基本不變,但對分子篩的性能有很大影響,可使它具有特定的催化性。近年將其他原子(如鎵、鍺、鐵、硼、磷、鉻、釩、鉬和砷等)引入分子篩的硅鋁骨架中取代(或部分取代)硅或鋁,所形成的雜原子分子篩具有某些特殊的催化性能。分子篩忌油和液態(tài)水。使用時應(yīng)盡量避免與油及液態(tài)水接觸。
自然界中存在一種天然硅鋁酸鹽,它們具有篩分分子、吸附、離子交換和催化作用。這種天然物質(zhì)稱為沸石,人工合成的沸石也稱為分子篩。分子篩的化學(xué)組成通式為:(M)2/nO· Al2O3·xSiO2·pH2O,M表示金屬離子(人工合成時通常為Na),n表示金屬離子價數(shù), x表示SiO2的摩爾數(shù),也稱為硅鋁比,p表示水的摩爾數(shù)。分子篩骨架的較基本結(jié)構(gòu)是 SiO4和AlO4四面體,通過共有的氧原子結(jié)合而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶。這種結(jié)合形式,構(gòu)成了具有分子級、孔徑均勻的空洞及孔道。由于結(jié)構(gòu)不同,形式不同,“籠”形的空間孔洞分為α、β、γ、六方柱、八面沸石等 “籠”的結(jié)構(gòu)。分子篩的分類,按硅鋁比分為A型、X型、Y型等分子篩。江蘇小粒徑分子篩批發(fā)
分子篩八面型,如X型:鈣X(10X),鈉X(13X)和Y型:鈉Y,鈣Y。浙江4A分子篩廠家精選
分子篩具有準(zhǔn)確地吸附分離特定氣體的能力。采用分子篩可以從低品位的天然氣中去除其中的水、二氧化碳和二氧化硫,從而提高天然氣的純度?;诜肿雍Y的制氧機(jī)普遍用于生產(chǎn)醫(yī)療級氧氣,眾所周知,空氣中主要成分是氮?dú)夂脱鯕猓@種制氧機(jī)利用分子篩的吸附分離能力,可以吸附空氣中的氮?dú)?,從空氣中產(chǎn)生純凈氧氣以供使用。分子篩還可以用于室內(nèi)空氣凈化,空氣中含量很低的有害氣體也會被捕集、脫除。分子篩在農(nóng)業(yè)上也得到了普遍應(yīng)用,例如研究者們發(fā)明了一種綠色果蔬保鮮袋來儲存農(nóng)產(chǎn)品,該保鮮袋內(nèi)采用分子篩作為活性成分,可以吸附乙烯。我們知道果實(shí)在成熟期會產(chǎn)生乙烯,從而誘導(dǎo)果實(shí)成熟。綠色果蔬保鮮袋內(nèi)的分子篩可以吸附乙烯,降低保鮮袋內(nèi)乙烯濃度,從而減緩農(nóng)產(chǎn)品的成熟過程并延長儲存在袋子中的產(chǎn)品的保質(zhì)期。浙江4A分子篩廠家精選