第4章 分子筛及其催化作用

第四节分子筛催化剂分子筛是一类结晶型的硅铝酸盐，因其具有均一的微孔结构，能在分子水平上筛分物质而得名。

如4A分子筛微孔的表观直径大约是4.5埃，能吸附和交换直径达4.7埃的分子。

分子筛具有较强的离子交换性能，经氢离子或稀土金属离子交换可制得酸性较强的固体酸，广泛用作催化剂或催化剂载体。

沸石分子筛具有均匀的孔结构，其最小孔道直径为0.3-1.0nm。

孔道的大小主要取决于沸石分子筛的类型。

沸石分子筛对许多酸催化反应具有高活性和异常的选择性。

分子筛无毒无污染、可再生，是一类理想的环境友好催化材料，在石油化工和精细化工中发挥着越来越重要的作用。

一、分子筛的结构1、分子筛的化学组成沸石分子筛是由SiO4或AlO4四面体连接成的三维骨架所构成。

Al或Si原子位于一个四面体的中心，相邻的四面体通过顶角氧原子相连，这样得到的骨架包含了孔、通道、空笼或互通空洞。

沸石分子筛可用下列通式表示：Mx/n[（AlO2）x（SiO2）y]·zH2O其中：M：金属离子；n：M的价数；x/n：金属离子的摩尔数；x：AlO2的摩尔数；y ：SiO2的摩尔数；z：水的的摩尔数；[（AlO2）x（SiO2）y]为晶胞单元。

化合价为n 的金属离子的存在是为了保持体系的电中性，因为在晶格中每个AlO4四面体带有一个负电荷。

各种分子筛的区别，首先是化学组成的不同。

M的不同：Na, K, Li, Mg等金属离子，有机胺或复合离子硅铝摩尔比的不同：沸石A、X、Y和丝光沸石的硅铝分别为：1.5~2、2.1~3.0、3.1~6.0和9~8。

当化学式中的x数值不同时，分子筛的抗酸性、热稳定性以及催化活性等都不相同。

一般而言，x的数值越大，耐酸性和热稳定性越高各种分子筛最根本的区别是晶体结构的不同，因而不同的分子筛具有不同的性质。

2、分子筛的结构单元——四面体分子筛最基本的结构单位是硅氧和铝氧四面体。

因为硅是＋4价、氧是-2价，故（SiO4）四面体可在平面上表示为下图a。

分子筛催化剂及其催化作用分子筛催化剂是一种特殊的多孔材料，具有大量的微孔和介孔结构。

它由无机氧化物或有机聚合物通过水热合成或溶胶凝胶法得到。

分子筛催化剂通常用于催化汽车尾气净化、石油炼制以及化工生产等领域。

本文将详细介绍分子筛催化剂的种类和催化作用。

首先，根据中心原子的类型，分子筛催化剂可以分为铝硅分子筛、钛硅分子筛、锡硅分子筛、锗硅分子筛等。

其中，铝硅分子筛是最常见的一种，由氧化铝和硅酸盐结合而成。

铝硅分子筛具有很高的比表面积和孔容，可以提供丰富的催化活性点和通道结构，因此被广泛用于催化剂制备领域。

根据孔道尺寸和形状的不同，分子筛催化剂可以分为分子筛A、分子筛X、分子筛Y、ZSM-5等。

分子筛A是一种六方晶系的微孔催化剂，具有较大的孔道直径（约为0.4纳米），广泛应用于干燥、脱水和分离等工艺。

分子筛X和Y是两种多孔晶体，具有较小的孔道直径（约为0.9纳米），可以用作干燥剂、吸附剂和催化剂。

ZSM-5是一种高硅铝比的中孔分子筛，具有较窄的孔道直径（约为0.5纳米），广泛用于催化裂化、异构化和芳烃转化等反应。

分子筛催化剂主要通过吸附作用和酸碱性质来催化化学反应。

吸附作用是指分子筛催化剂表面对反应物分子的吸附能力。

由于分子筛催化剂具有大量的微孔和介孔结构，可以吸附大量的反应物分子，增加反应物分子与催化剂表面的接触面积，从而提高反应速率。

另外，分子筛催化剂还具有特殊的酸碱性质。

酸性分子筛催化剂通常由酸性中心原子如铝或硅构成，可以吸附碱性分子，使其发生化学反应。

碱性分子筛催化剂则是由碱性中心原子如锡、钠等构成，可以吸附酸性分子，促进其发生反应。

酸性和碱性的反应通常发生在分子筛催化剂表面的活性点上，例如孔道入口、酸性和碱性中心等位置。

分子筛催化剂具有广泛的应用领域。

在汽车尾气净化中，铝硅分子筛可以去除尾气中的氮氧化物和碳氢化合物，减少空气污染。

在石油炼制中，ZSM-5可以将碳氢化合物转化为高附加值的烃类产品，提高能源利用效率。

分子筛的催化作用姓名：莫大富学号：20052402534分子筛，它是具有均一微孔结构而能将不同大小分子分离或选择性反应的固体吸附剂或催化剂。

是一种结晶型的硅铝酸盐，有天然和合成两种，其组成SiO2与Al2O3之比不同,商品有不同的型号.在化学工业、石油工业及其他部门，分子筛广泛应用于气体和液体的干燥、脱水、净化、分离、回收及催化裂化等石油加工过程的反应[1]。

分子筛催化剂，又称沸石分子筛催化剂，系指以分子筛为催化剂活性组分或主要活性组分之一的催化剂。

分子筛具有离子交换性能、均一的分子大小的孔道、酸催化活性，并有良好的热稳定性和水热稳定性，可制成对许多反应有高活性、高选择性的催化剂[2]。

广泛应用在石油化工中作为催化裂化、裂解、选择性重整等反应。

正是由于人们认识到分子筛催化剂在催化界的重要地位，广阔的利用领域和发展前景，人们积极地投身到分子筛催化剂的研制事业。

经过他们的努力，最近出现了一些新的分子筛催化剂。

一下是其中的几种：一、纳米分子筛催化剂目前,已用小晶粒分子筛作为催化剂的反应有:加氢裂化、流化催化裂化( FCC) 、苯的烷基化、烯烃的齐聚反应、甲醇制汽油(MTG) 、甲胺的合成等。

综观这些反应结果, 小晶粒分子筛用于催化反应有以下几个特点: (1) 反应活性高。

超细分子筛的比表面积比普通的分子筛大, 表面原子数目增多,其周围缺少相邻的原子, 有很多未饱和键, 易于吸附其它原子或分子,因而表现出较高的催化活性。

如在加氢裂化过程中[3]。

(2) 对产物特有的选择性。

在FCC 过程中,采用超细的Y型分子筛为催化剂,产物中汽油和柴油的含量高,而C1 、C2 烃类的含量较低。

若采用小晶粒的β分子筛为催化剂,则产物中汽油和低碳烃类的含量比超稳Y型(USY) 分子筛高, 但柴油含量相对较低,而低碳烃类中丙烯、丁烯及异丁烷的含量较高。

(3) 抗积炭能力强。

超细分子筛作为催化剂的优良特性之一就是抗积炭能力强,并由此而使催化剂的寿命延长。

分子筛催化剂及其催化作用分子筛是一种类似于海绵结构的多孔固体材料，其内部具有高度有序的孔道网络。

这种孔道网络可以选择性地吸附、分离和催化分子。

因此，分子筛被广泛应用于催化反应中，用作催化剂。

本文将介绍分子筛催化剂及其催化作用的相关知识。

一、分子筛催化剂的种类分子筛是一类非常多样化的催化剂，具有多种不同的结构和成分。

其中最常见的分子筛催化剂包括:1.沸石型分子筛:沸石型分子筛由硅酸和铝酸盐组成，其骨架结构中含有沸石骨架，并具有球状、柱状和片状等不同的形貌。

沸石型分子筛广泛应用于催化裂化反应、异构化反应和甲醇转化等。

2.硅铝酸型分子筛:硅铝酸型分子筛是一种由硅酸盐和铝酸盐组成的分子筛，其骨架结构中含有正电荷和负电荷。

硅铝酸型分子筛具有很强的酸性，广泛应用于酸催化反应，如异构化反应和酸醇缩合反应。

3.中孔分子筛:中孔分子筛具有较大的孔道尺寸和较高的孔道体积，能够容纳较大的分子。

中孔分子筛在液相催化反应中具有较好的扩散性能，广泛应用于液态和气液两相催化反应。

4.无机有机复合型分子筛:无机有机复合型分子筛是一种由有机柔性基团与无机硅铝酸型分子筛结合而成的材料。

它既具有无机分子筛的高孔隙度和较大的孔径，又具有有机基团的柔性和机械强度。

无机有机复合型分子筛在催化反应中具有较好的选择性和活性。

二、分子筛催化剂的催化作用1.吸附作用:分子筛催化剂能够通过吸附选择性地去除废气中的杂质，例如吸附焦炭和硫化物等。

此外，分子筛催化剂还能够通过吸附分子实现分离和浓缩。

2.选择透过作用:分子筛催化剂的孔道大小和形状可以选择性地透过一些小分子，而阻隔大分子的传输。

这种选择透过作用可用于鉴别和分离不同的分子。

3.催化反应:分子筛催化剂能够通过其酸碱性和孔道结构催化各种化学反应。

酸性分子筛催化剂通常用于异构化、缩合和酯化等酸催化反应。

碱性分子筛催化剂通常用于酸碱中和、氧化还原和碳酸化反应等。

此外，由于分子筛具有较大的比表面积和孔隙度，它还能够提供很大的反应界面，加速反应速率。

04章2分子筛催化剂及其催化作用分子筛催化剂是一种具有有序孔道结构的固体材料，其内部结构由氧化硅(SiO2)或氧化铝(Al2O3)组成。

分子筛的孔道大小可以通过改变模板剂的类型和浓度来调控，从而使其具有不同的选择性和活性。

催化剂是一种可以加速化学反应速率的物质。

在化学工业生产中，催化剂被广泛应用于各种反应，例如石油加工、气体和液体催化裂化、甲烷转化等。

分子筛催化剂因其具有孔道结构，不仅具有高选择性和高催化活性，还可以控制反应分子在催化剂表面的吸附和扩散，从而实现对分子间相互作用的调控。

分子筛催化剂主要通过以下方式参与催化反应：1.吸附与解离：分子筛表面的活性位点能够吸附反应物分子，并发生解离。

分子筛的孔道结构可以选择性地吸附特定大小和形状的分子，从而实现对反应物的选择性吸附。

2.扩散：分子筛内部的孔道结构可以促进溶质分子在催化剂内部的扩散。

分子筛的孔道大小可以调控，从而可以控制反应物在催化剂内的扩散速率，影响反应的速率和选择性。

3.催化反应：吸附在分子筛表面的反应物分子可以发生化学反应，生成产物。

分子筛的孔道结构可以提供局部的高浓度环境，促进反应物分子之间的相互作用，从而加速反应速率。

分子筛催化剂可以应用于多种反应中，例如酸碱催化、氧化还原反应、分子转移反应等。

其中，酸碱催化是分子筛催化剂的主要应用领域之一在酸催化反应中，分子筛催化剂表面的酸性位点能够吸附反应物分子，并参与化学反应。

例如，分子筛H-ZSM-5可以用于甲烷转化为较高碳数烃的反应。

在该反应中，酸性位点可以将甲烷分子吸附并发生解离，生成碳正离子，然后再与其他甲烷分子发生反应，生成较高碳数的烃。

在氧化还原反应中，分子筛催化剂可以通过提供氧化剂或还原剂等参与反应。

例如，在催化转化废水中有机物的反应中，分子筛催化剂可以将有机物氧化为二氧化碳和水，从而减少有机物的排放。

此外，分子筛催化剂的孔道结构还可以用作反应的模板。

通过调控孔道大小和形状，可以实现对产物的选择性合成。

分子筛在化学反应中的催化作用化学反应是物质转化的过程，而催化剂则是加速反应速率的重要因素之一。

在催化剂中，分子筛作为一种重要的催化剂材料，具有广泛的应用前景。

本文将探讨分子筛在化学反应中的催化作用，以及其在不同领域中的应用。

一、分子筛的基本特性分子筛是一种具有有序孔道结构的晶体材料，其骨架由硅氧四面体或者铝氧四面体构成。

分子筛的孔道大小和形状可以通过合成过程来调控，从而使其具有不同的催化性能。

分子筛具有高度的热稳定性和化学稳定性，能够在高温和强酸碱条件下保持结构的完整性，这使得其在催化反应中具有优势。

二、分子筛的催化机理分子筛的催化作用主要体现在其孔道结构中。

分子筛的孔道大小和形状可以选择性地吸附和限制反应物子分子的进入，从而提高反应物的浓度，促进反应的进行。

此外，分子筛表面的活性位点也能够与反应物发生作用，降低反应的活化能，加速反应速率。

三、分子筛在石油化工领域的应用在石油化工领域，分子筛作为催化剂广泛应用于催化裂化、异构化、烷基化等反应中。

例如，分子筛催化裂化能够将重质石油馏分转化为轻质产品，提高石油资源的利用效率。

此外，分子筛催化异构化可以将直链烷烃转化为支链烷烃，提高汽油的辛烷值，增加汽车引擎的功率。

四、分子筛在环境保护领域的应用分子筛在环境保护领域也有广泛的应用。

例如，分子筛催化氧化能够将有害气体如二氧化硫、氮氧化物等转化为无害的物质，减少大气污染。

此外，分子筛还可以用于水处理中，去除水中的重金属离子和有机污染物，提高水质的净化效果。

五、分子筛在有机合成领域的应用分子筛在有机合成领域也有重要的应用。

例如，分子筛催化剂可以在温和条件下实现烯烃的选择性氧化，将烯烃转化为醛、酮等有机化合物。

此外，分子筛还可以用于有机反应的分离和纯化，提高产物的纯度和收率。

六、分子筛的发展趋势随着科技的进步和需求的增加，分子筛的研究和应用也在不断发展。

未来，分子筛的合成方法和结构调控技术将进一步完善，以满足不同反应的需求。

分子筛催化剂及其作用机理1.分子筛的概念2.分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的孔隙结构。

分子筛中含有大量的结晶水，加热时可汽化除去，故又称沸石。

自然界存在的常称沸石，人工合成的称为分子筛。

它们的化学组成可表示为3.Mx/n[(AlO2)x·(SiO2)y] ·ZH2O4.式中M是金属阳离子，n是它的价数，x是AlO2的分子数，y是SiO2分子数，Z是水分子数，因为AlO2带负电荷，金属阳离子的存在可使分子筛保持电中性。

当金属离子的化合价n = 1时，M的原子数等于Al的原子数；若n = 2，M的原子数为Al原子数的一半。

5.常用的分子筛主要有：方钠型沸石，如A型分子筛；八面型沸石，如X-型，Y-型分子筛；丝光型沸石（-M型）；高硅型沸石，如ZSM-5等。

分子筛在各种不同的酸性催化剂中能够提供很高的活性和不寻常的选择性，且绝大多数反应是由分子筛的酸性引起的，也属于固体酸类。

近20年来在工业上得到了广泛应用，尤其在炼油工业和石油化工中作为工业催化剂占有重要地位。

6. 2.分子筛的结构特征7.（1）四个方面、三种层次：8.分子筛的结构特征可以分为四个方面、三种不同的结构层次。

第一个结构层次也就是最基本的结构单元硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（AlO4），它们构成分子筛的骨架。

相邻的四面体由氧桥连结成环。

环是分子筛结构的第二个层次，按成环的氧原子数划分，有四元氧环、五元氧环、六元氧环、八元氧环、十元氧环和十二元氧环等。

环是分子筛的通道孔口，对通过分子起着筛分作用。

氧环通过氧桥相互联结，形成具有三维空间的多面体。

各种各样的多面体是分子筛结构的第三个层次。

多面体有中空的笼，笼是分子筛结构的重要特征。

笼分为α笼，八面沸石笼，β笼和γ笼等。

9.（2）分子筛的笼：10.α笼：是A型分子筛骨架结构的主要孔穴，它是由12个四元环，8个六元环及6个八元环组成的二十六面体。

笼的平均孔径为，空腔体积为760[Å]3。

分子筛催化剂及其进化柴油机尾气的研究一、分子筛催化剂1、分子筛的相关解释分子筛, 常称沸石或沸石分子筛, 按经典的定义为“是具有可以被很多大的离子和水分占据孔穴(道) 骨架结构的铝硅酸盐”。

照传统定义，分子筛是具有均一结构，能将不同大小分子分离或选择性反应的固体吸附剂或催化剂。

狭义讲，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连相连形成孔道和空隙体系，从而具有筛分分子的特性。

基本可分为A、X、Y、M和ZSM几种型号，研究者常把它归属固体酸一类。

2、分子筛催化剂的分类及其特点分子筛按孔道大小划分，分别有小于2 nm、2—50 nm和大于50 nm的分子筛，它们分别称为微孔、介孔和大孔分子筛。

分子筛根据孔径大小可分为微孔、介孔和大孔分子筛3 大类。

微孔分子筛具有强酸性和高水热稳定性等优点和特殊“择形催化”性能，但也存在着孔径狭窄、扩散阻力大等缺点，从而大大限制了在大分子催化反应中的应用。

介孔分子筛具有比表面积高、吸附容量大、孔径大等特点，在一定程度上解决了传质扩散限制问题，但其酸性较弱且水热稳定性较差，导致其工业应用受到了限制。

为了解决上述问题，研究人员开发了多级孔分子筛，该分子筛结合了介孔和微孔分子筛的优点，在石油化工领域具有不可估量的应用前景。

3、分子筛的催化特性（1）催化反应的活性要求：比表面积大，孔分布均匀，孔径可调变，对反应物和产物有良好的形状选择；结构稳定，机械强度高，可耐高温(400～600℃)，热稳定性很好，活化再生后可重复使用；对设备无腐蚀且容易与反应产物分离，生产过程中基本不产生“三废”，废催化剂处理简单，不污染环境。

如择形催化的研究体系，几乎包括了全部的烃类转化和合成，还有醇类和其它含氮、氧、硫有机化合物以及生物质的催化转化，这些都为基础研究、应用研究和工业开发开辟了广阔的领域。

一些含过渡金属的沸石分子筛不仅应用到传统的酸碱催化体系中，而且也应用到氧化一还原催化过程中。