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沸石分子筛?一文了解沸石的别样用途


来源:中国粉体网   漫道

[导读]  分子筛是干什么用的?分子筛指的是一类具有均匀微孔,主要由硅、铝、氧及其它一些金属阳离子构成的吸附剂或薄膜类物质,其孔径与一般分子大小相当,据其有效孔径来筛分各种流体分子。

中国粉体网讯  筛分要用到孔径不同的筛网,那分子筛是干什么用的?分子筛指的是一类具有均匀微孔,主要由硅、铝、氧及其它一些金属阳离子构成的吸附剂或薄膜类物质,其孔径与一般分子大小相当,据其有效孔径来筛分各种流体分子。

 

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。而沸石就是分子筛中的一种,并且沸石在其中最具代表性。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。河北省围场县为目前我国境内已发现的沸石储量最高的地区,沸石储量20亿吨以上。

 

沸石分子筛的结构

沸石分子筛材料的应用,是与其结构特点密不可分的。例如,吸附分离性能取决于分子筛的孔道和孔体积的大小;离子交换性能取决于分子筛中阳离子的数目、位置及其孔道的可通行性;催化过程中表现出的择形性与分子筛的孔道尺寸、走向相关,而催化反应中的中间产物以及最后产品和分子筛的孔道维数或其笼结构相关。沸石分子筛按其孔或通道体系可分为小孔,中孔(介孔)和双孔沸石三个组别。

两种常用沸石分子筛结构图如下  





A型沸石分子筛结构



B型沸石分子筛结构


天然沸石与沸石分子筛区别

天然沸石,孔径大小不一,有空泡就可以防止爆沸,却达不到工业生产的高效率需求。沸石在生成时呈现有某种程度的化学平衡状态,因此可以把它们看作是一种矿物的相,叫做沸石相。这种沸石相是一种介稳态,也就是可以人工合成并在一定程度下稳定存在。

 

沸石分子筛的功能则要高级的多,如筛选分子、做催化剂、缓释催化剂等,因而对孔径有一定的要求,分布要均一,经常是人工合成的。以下从不同角度详细介绍两者的区别。


天然沸石(图片来源网络)


沸石分子筛(图片来源网络)

 

1.化学成分不同

天然沸石的主要化学成分是铝硅酸钠,而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。

 

2.特性不同

沸石具有玻璃样的光泽,可以再重新吸收水或其他液体。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。

 

3.特征不同

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。

 

沸石分子筛的制备方法

水热、溶剂热合成法

水(溶剂)热合成法是将合成沸石的前躯体预先分散在水(溶剂)溶液中,然后在一定的温度和自生压力下经过成核、生长、结晶等过程形成沸石。

 

气相合成法

气相合成法是将不含模板剂的分子筛前躯体制备成干凝胶,而后在少量水和有机胺作为液相成分的气氛下,通过一定的温度将其转变为分子筛。

 

干胶凝胶法

干胶凝胶法是把一定量的沸石合成原料、模板剂和去离子水充分混合均匀后过滤、洗涤,得到无定形凝胶,在凝胶形成后将其烘干变成干粉,最后在水蒸汽气氛下完成合成。

 

离子热合成法

离子热合成法以离子液体或低共熔混合物同时作为合成反应的溶剂和模板剂进行合成的方法,该法原理与水热合成法相同。

 

沸石分子筛的应用

石油化工

沸石分子筛在石油化工主要起到催化剂作用,主要在催化裂化、分子重排、分子间偶合、碳碳键生成,异构化等方面起到促进作用。

 

医药产业

利用分子筛良好的吸附性能和分散性能,可以作为药物的载体,对药物中的有效 成分进行吸附接枝,可以提高药物的缓释性能,增强药效,延长药物作用的时间,且分子筛无毒无害,服用之后在人身体内不发生吸收,对身体无毒副作用。

 

污水处理

天然红辉沸石具有一定的离子交换和吸附性能,利用其性能可以从污水中吸附氨 氮,从而达到净化污水的效果。天然红辉沸石经过特殊处理之后,可以形成分子筛,分子筛的离子交换与吸附性能远远高于天然沸石,这使其能够更好地吸附污水中的重金属离子及其他有害离子,如:镍、锌、铬、镉、汞、铁等离子及酚、氨氮、三氮、磷酸根离子等有机物

 

畜牧业生产

分子筛独特的结构决定了其有良好的吸附性能和离子交换性能,利用分子筛为载体,吸附接枝抗菌物质制成饲料添加剂,可以增加抗菌剂的缓释能力,提高抗菌剂利用效率,从而达到事半功倍的目的。

 

农业

利用分子筛的吸附性能及阳离子交换性能,可以改良土壤性能,降低土壤 pH, 提高农作物需要的微量元素的供应,交换农作物所需要的K、Na、Mg、Ca等离子,起到间接肥的作用。

 

参考来源

赵小萱等.沸石分子筛合成方法概述

慕旭宏等.纳米分子筛在炼油和石油化工中的应用

彭鹏等. 多级孔分子筛的制备与催化应用

胡宏杰等. 沸石分子筛的制备及应用

百度百科


(中国粉体网编辑整理/漫道)

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