分子筛的一些知识
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分子筛的原理及应用一、分子筛的基本原理分子筛是一种多孔材料,具有特殊的分子吸附能力。
它的基本原理是通过固定在晶体结构中的孔道,使分子只能以特定尺寸和形状通过。
这种选择性吸附的原理使得分子筛在各种领域有广泛的应用。
二、分子筛的分类根据孔径和孔型的不同,分子筛可以分为不同的类型,常见的有沸石型、合成型、硅铝酸盐型等。
2.1 沸石型分子筛沸石型分子筛的主要成分是沸石类矿物,具有三维的网状结构。
它的孔径较大,常用于吸附分离和催化反应。
2.2 合成型分子筛合成型分子筛是人工合成的,可以根据需要进行调控,孔径和孔型可以根据实际应用进行设计。
2.3 硅铝酸盐型分子筛硅铝酸盐型分子筛是以硅铝酸盐为主要成分的分子筛,具有较高的热稳定性和高孔容量。
三、分子筛的应用分子筛广泛应用于许多领域,包括化学、环境、能源等。
下面列举了一些常见的应用领域和具体应用案例:3.1 化学领域•吸附分离:分子筛可以根据不同的孔径和孔型,实现对不同分子的吸附分离,例如对气体、液体的分离。
•催化剂:分子筛可以作为催化剂的支撑材料,提高催化反应的效率。
•吸附剂:分子筛可以用作吸附剂,用于去除废水中的有机物和重金属离子。
3.2 环境领域•污水处理:分子筛可以用于污水处理,去除其中的有机物和重金属离子。
•空气净化:分子筛可以用于空气净化,去除其中的有害气体和颗粒物。
3.3 能源领域•甲烷捕获:分子筛可以用于甲烷捕获,提高天然气的收集和利用效率。
•燃料电池:分子筛可以作为燃料电池中的离子传输材料,提高燃料电池的性能和稳定性。
3.4 生物医药领域•药物吸附和释放:分子筛可以用于药物的吸附和释放,控制药物的释放速率。
•体外脱水:分子筛可以用于体外脱水,去除体内多余水分。
四、总结分子筛作为一种多孔材料,具有特殊的分子吸附能力,在化学、环境、能源等领域有广泛的应用。
通过选择性吸附不同尺寸和形状的分子,分子筛可以实现吸附分离、催化反应和污水处理等功能。
分子筛的应用不仅可以提高生产效率,还可以改善环境质量和提高能源利用效率。
分子筛的概念介绍分子筛的背景分子筛是一种特殊的多孔材料,具有一定的晶体结构和分子尺寸的选择性吸附功能。
它在许多领域中有广泛的应用,包括催化、吸附、分离等。
分子筛的结构和特性分子筛具有三维网状的晶体结构,由正、负离子以及分子结构单元构成。
它的吸附性能取决于其晶格孔道的尺寸和形状,可以选择性地吸附特定大小和形状的分子。
此外,分子筛还具有其他一些特性,如高温稳定性、化学稳定性等。
分子筛的制备方法分子筛的制备主要包括水热法、溶胶-凝胶法和气相碳氢化学气相沉积法等。
不同的制备方法可以得到不同孔径和结构的分子筛。
分子筛的应用领域催化分子筛在催化领域中有重要应用。
它可用于催化剂的载体和活性组分,并具有高效催化反应以及选择性催化的能力。
吸附分子筛的吸附性能可以用于气体和液体的吸附分离。
通过调节分子筛的孔径和表面性质,可以实现对特定分子的选择性吸附。
分离分子筛在分离领域中也起着重要作用。
它可以根据不同分子的尺寸差异,实现对混合物中特定分子的有效分离。
储能分子筛还可以作为储氢材料,用于储存和释放氢气。
其孔道结构可以提供氢分子的吸附空间,从而实现高效储氢。
分子筛的发展和未来展望分子筛作为一种重要的功能材料,其应用领域不断扩大。
随着分子筛制备技术的发展和完善,我们可以预见,将有更多的分子筛应用于催化、吸附、分离等领域。
此外,通过进一步研究和改进,可以提高分子筛的选择性和反应活性,使其在实际应用中发挥更大的作用。
结论分子筛作为一种具有选择性吸附功能的多孔材料,在催化、吸附、分离等领域具有广泛的应用前景。
通过不断探索研究,我们相信分子筛的潜力还远未发挥到极致,未来将有更多的创新和突破。
分子筛33130215高红雪分子筛是指具有均匀的微孔,其孔径与一般分子大小相当的一类物质。
分子筛的应用非常广泛,可以作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等,但是使用化学原料合成分子筛的成本很高。
常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐,是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小(通常为0.3~2 nm)的孔道和空腔体系,因吸附分子大小和形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力。
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。
美国科学家发现,通过调整温度,能够精确地控制一种钛硅酸盐材料中的孔洞大小,制造出精密的新型分子筛。
一些晶体材料内部有着大量均匀的微孔,尺寸比孔洞小的分子能够穿过,而大分子不能穿过,因此可以起到分离不同分子的作用,这类材料被称为分子筛。
分子筛可以通过诸多方法合成:水热合成法、水热转换法、离子交换法等方法。
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。
多孔材料在许多领域有着广泛的应用,如微孔分子筛作为主要的催化材料、吸附分离材料和离子交换材料,在石油加工、石油化工、精细化工以及日用化工中起着越来越重要的作用。
分子筛知识概述(一)分子筛的品种型号分子筛(又称合成沸石)是一种硅铝酸盐多微孔晶体,它是由SiO和AIO四面体组成和框架结构。
在分子筛晶格中存在金属阳离子(如Na,K,Ca等),以平衡四面体中多余的负电荷。
分子筛的类型按其晶体结构主要分为:A型,X 型,Y型等A型:主要成分是硅铝酸盐,孔径为4A(1A=10-10米),称为4A(又称纳A 型)分子筛;用Ca2+交换4A分子筛中的Na+,形成5A的孔径,即为5A(又称钙A型)分子筛;用K+交换4A分子筛的Na+,形成3A的孔径,即为3A(又称钾A型)分子筛。
X型:硅铝酸盐的晶体结构不同(硅铝比大小不一样),形成孔径为9—10A的分子筛晶体,称为13X(又称钠X型)分子筛;用Ca2+交换13X分子筛中的Na+,形成孔径为9A的分子筛晶体,称为10X(又称钙X型)分子筛Y型:Y型分子筛具有X型分子筛烃似的晶体结构,但化学组成不同(硅铝比较大)通常用于催化领域。
(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。
3.1、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。
解剖学里分子筛的名词解释分子筛是一种广泛应用于解剖学领域的概念,它来自于化学分子结构和筛选理论的结合。
分子筛在生物科学中有着重要的应用,尤其是在分析组织结构和细胞功能方面。
本文将从不同角度深入探讨分子筛的概念和应用。
一、分子筛的基本原理分子筛是一种具有多孔结构的物质,在组织学研究中,它被广泛应用于分析细胞结构和生物分子的交互作用。
分子筛具有吸附和筛选的功能,能够根据其孔径大小和表面特性选择性地吸附不同分子,并通过筛选作用分离它们。
分子筛的主要结构由一系列亲水性和疏水性的通道组成,这些通道具有不同的孔径大小和形状。
当溶液中的分子进入分子筛时,它们会在通道中扩散,并与通道壁发生相互作用。
由于分子筛表面的特定性质,只有具有特定大小和形状的分子才能与其相互作用并被吸附。
二、分子筛在细胞结构研究中的应用1. 细胞膜通透性研究细胞膜作为细胞的保护屏障,对分子的进出具有一定的选择性。
利用分子筛的功能,可以模拟细胞膜的通透性,并研究不同大小、电荷和形状的分子在细胞膜上的渗透特性。
这对于药物传递系统的设计和生物分子的运输机制研究具有重要意义。
2. 分子间相互作用研究在细胞内,不同分子之间存在着复杂的相互作用关系。
分子筛可以帮助研究人员观察和分析分子间的相互作用,从而揭示细胞内各种生物过程的机理。
利用分子筛的特殊性质,可以筛选并分离某种特定分子与其他分子的相互作用。
三、分子筛在组织病理学中的应用1. 组织细胞结构分析组织学上,我们常常需要对组织细胞的结构进行分析。
分子筛可以帮助研究人员观察和描述细胞组织的微观结构特征,如细胞核形状、细胞器的分布以及细胞间连接等。
通过对细胞结构的详细分析,可以更好地理解组织病理学的相关现象,并为相关疾病的诊断和治疗提供依据。
2. 细胞代谢病理学研究分子筛在分析细胞代谢过程中也起到重要的作用。
通过分析细胞内代谢物的分布情况和与其他分子的相互作用,可以揭示细胞内代谢途径的调节机制以及代谢紊乱导致的一系列病理变化。
常见分子筛及其应用引言:分子筛是一种具有特殊孔道结构的材料,它可以通过选择性吸附分子的大小和形状,从而实现分离、吸附、催化等多种应用。
本文将介绍几种常见的分子筛及其应用。
一、分子筛的分类1. 分子筛可以根据孔道结构的尺寸和形状进行分类。
常见的分子筛有沸石类分子筛、介孔分子筛和非晶态分子筛等。
2. 沸石类分子筛是最常见的一类分子筛,具有三维网状结构。
根据孔道尺寸和形状的不同,可以分为A型、X型、Y型等。
其中,A型分子筛具有较小的孔径,适用于吸附小分子,如水分子和氧分子;X 型和Y型分子筛孔径较大,适用于吸附较大分子,如甲烷和乙烷。
3. 介孔分子筛具有较大的孔径,通常在2-50纳米之间。
由于其较大的孔道结构,介孔分子筛可以用于吸附大分子,如蛋白质和聚合物。
常见的介孔分子筛有MCM-41和SBA-15等。
4. 非晶态分子筛是一种没有明确孔道结构的分子筛。
它具有高度分散的孔道结构,可以用于催化反应和分离过程。
二、分子筛的应用1. 分离和吸附分子筛具有选择性吸附分子的能力,可以用于分离和提纯混合物。
例如,A型分子筛可以用于去除水中的杂质,使水达到纯净水的标准。
介孔分子筛可以用于去除废水中的重金属离子,实现废水的净化。
2. 催化反应分子筛具有较大的比表面积和孔道结构,可以提供大量的活性位点,用于催化反应。
例如,X型分子筛可以用于甲烷催化氧化反应,将甲烷转化为甲醛。
非晶态分子筛可以用于裂解重油,将重油转化为轻质燃料。
3. 气体吸附和存储分子筛可以选择性吸附气体分子,可以用于气体的分离和储存。
例如,Y型分子筛可以选择性吸附乙烯分子,用于乙烯的分离和提纯。
沸石类分子筛还可以用于储存氢气和甲烷等可燃气体。
4. 药物控释介孔分子筛具有较大的孔道结构,可以作为药物的载体,用于控制药物的释放速率。
通过调控介孔分子筛的孔道尺寸和表面性质,可以实现不同速率的药物释放,用于治疗各种疾病。
结论:分子筛作为一种具有特殊孔道结构的材料,具有广泛的应用前景。
分子筛的名词解释分子筛是一种常见的材料,在化学和材料科学研究领域中被广泛应用。
它具有微孔结构,能够以选择性地吸附、分离和催化分子。
本文将对分子筛的概念、结构和应用进行解释。
一、分子筛的概念分子筛是一种具有排列有序的微孔结构的材料。
其名称源于其能够通过具有一定空间尺寸的分子,而将其他分子挡在外部的微孔结构中。
分子筛的名称中的"分子"表示其处理的物质为分子级别,而"筛"则表示筛选的功能。
分子筛主要由硅铝骨架组成,其中硅铝骨架由硅氧四面体和铝氧四面体通过氢氧键相连接而成。
硅铝骨架的结构决定了分子筛的物理和化学性质。
二、分子筛的结构分子筛的结构由离子交换和带电基团的存在来决定。
这两种特征赋予了分子筛很强的吸附、分离和催化活性。
分子筛的微孔结构呈现出不同类型的拓扑结构,最常见的有ZSM-5、Beta、Y型等。
这些结构中的微孔大小和形状决定了分子筛对不同大小分子的选择性吸附。
三、分子筛的应用1. 吸附分离分子筛广泛应用于气体和液体分离技术中。
由于其微孔结构的选择性吸附特性,可以将不同大小和极性的分子分离并纯化。
例如,在石油化工领域,分子筛被用于去除重金属离子和有机杂质,提取和纯化石油产品。
2. 催化剂分子筛是一种优秀的催化剂载体。
其高度有序的微孔结构可以提供大量的催化活性位点,并且可以将反应物分子定向导入到催化活性位点中。
分子筛催化剂被广泛应用于化学合成、环保和能源转化等领域。
3. 分子存储与传感由于分子筛的微孔结构能够通过选择性吸附分子,因此可用于分子的存储和传感。
特定的分子可以通过吸附和释放来实现储存和检测。
这一特性使得分子筛在药物传递、气体存储和分析等方面具有潜在的应用价值。
四、分子筛的发展与前景分子筛作为一种功能材料,已经取得了重要的科学和技术进展。
随着研究对其结构和性能的深入了解,以及制备方法的不断改进,分子筛的应用领域将进一步扩展。
在石化工业、环境保护和新能源领域,分子筛的应用前景十分广阔。
分子筛知识概述分子筛学问概述(一)分子筛的品种型号分子筛(又称合成沸石)是一种硅铝酸盐多微孔晶体,它是由SiO和AIO四周体组成和框架结构。
在分子筛晶格中存在金属阳离子(如Na,K,Ca等),以平衡四周体中多余的负电荷。
分子筛的类型按其晶体结构主要分为:A型,X 型,Y型等A型:主要成分是硅铝酸盐,孔径为4A(1A=10-10米),称为4A(又称纳A 型)分子筛;用Ca2+交换4A分子筛中的Na+,形成5A的孔径,即为5A(又称钙A型)分子筛;用K+交换4A分子筛的Na+,形成3A的孔径,即为3A(又称钾A型)分子筛。
X型:硅铝酸盐的晶体结构不同(硅铝比大小不一样),形成孔径为9—10A的分子筛晶体,称为13X(又称钠X型)分子筛;用Ca2+交换13X分子筛中的Na+,形成孔径为9A的分子筛晶体,称为10X(又称钙X型)分子筛Y型:Y型分子筛具有X型分子筛烃似的晶体结构,但化学组成不同(硅铝比较大)通常用于催化领域。
(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,但再生温度普通在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,因为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)按分子的大小和外形不同的挑选吸附作用,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,具有挑选吸附性能,极性越大,不饱和度越高,其挑选吸附性越强。
(3)具有剧烈的吸水性。
哪怕在较高的温度、较大的空速和含水量较低的状况下,仍有相当高的吸水容量。
3.1、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。
分子筛知识概述(一)分子筛的品种型号分子筛(又称合成沸石)是一种硅铝酸盐多微孔晶体,它是由SiO和AIO四面体组成和框架结构。
在分子筛晶格中存在金属阳离子(如Na,K,Ca等),以平衡四面体中多余的负电荷。
分子筛的类型按其晶体结构主要分为:A型,X 型,Y型等A型:主要成分是硅铝酸盐,孔径为4A(1A=10-10米),称为4A(又称纳A 型)分子筛;用Ca2+交换4A分子筛中的Na+,形成5A的孔径,即为5A(又称钙A型)分子筛;用K+交换4A分子筛的Na+,形成3A的孔径,即为3A(又称钾A型)分子筛。
X型:硅铝酸盐的晶体结构不同(硅铝比大小不一样),形成孔径为9—10A的分子筛晶体,称为13X(又称钠X型)分子筛;用Ca2+交换13X分子筛中的Na+,形成孔径为9A的分子筛晶体,称为10X(又称钙X型)分子筛Y型:Y型分子筛具有X型分子筛烃似的晶体结构,但化学组成不同(硅铝比较大)通常用于催化领域。
(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。
3.1、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。
分子筛结构和性质分子筛是一种孔隙具有有序结构的固体材料,由正交的SiO4和AlO4四面体串联而成。
它广泛应用于分离、吸附、催化等领域,并且具有高稳定性、可调孔径和较大比表面积等优点。
本文将从分子筛的结构和性质两个方面进行详细介绍。
一、分子筛结构1.晶体结构:分子筛晶体结构通常由正交SiO4和AlO4四面体组成。
这些四面体以共边连接形成无限长链,然后通过氧桥键连接成为三维网络。
其中的硅原子可以由铝原子部分取代,形成Si/Al沙雷尔振荡序列,其比例可以调控孔径大小和化学性质。
2.单元胞:分子筛的最小单元胞可由1-3个四面体组成。
其中最基本的单元胞是由一对四面体组成的12元环单元胞,被称为LTA (Linde Type A) 结构。
12元环单元胞是最简单也是最常见的分子筛单元胞,孔径为4.2Å,用于许多应用中。
3.框架类型:分子筛可以分为许多不同的框架类型,例如:ZSM、MFI、Y等。
不同的框架类型能够提供不同的孔径大小和形状,适用于不同的应用需求。
例如,ZSM-5具有较小的孔径(约为0.5nm),适用于分离和催化反应;而Y型分子筛具有较大的孔径(约为1.2nm),适用于吸附和催化反应。
二、分子筛性质1.孔隙结构性质:分子筛具有调控孔径和孔隙结构的能力,可以根据需要设计孔隙结构的大小和形状。
例如,通过选择不同的硅铝比和晶格构造,可以调控孔隙结构的大小,使其适应不同大小的分子。
这种可调控的孔隙结构性质使分子筛在分离、吸附等领域具有广泛的应用前景。
2.表面特性:分子筛具有较大的比表面积,通常可以达到500-800m2/g。
这种较大的比表面积可以增加底物分子与分子筛表面的接触面积,提高吸附、分离和催化反应的效率。
此外,分子筛表面上的羟基和酸性中心可以提供活性位点,实现催化反应。
3.热稳定性:分子筛具有较高的热稳定性,能够在较高温度下保持其结构不变。
这种热稳定性使得分子筛可以在高温催化反应中应用,例如催化裂化反应和选择性催化还原反应等。
分子筛的概念分子筛的概念一、引言分子筛是一种高度有序的多孔晶体,具有特殊的化学和物理性质。
它们具有非常小的孔径,可以选择性地吸附和分离不同大小和形状的分子。
因此,它们在化学、材料科学、环境科学等领域中具有广泛的应用。
二、分子筛的结构1. 分子筛晶体结构分子筛晶体结构由三维网状骨架组成,其中包含孔道系统。
其骨架由氧化硅或氧化铝等氧化物组成,通过硅氧键或铝氧键连接在一起。
2. 分子筛孔道分子筛晶体中存在不同大小和形状的孔道,这些孔道对于吸附和分离不同大小和形状的分子非常重要。
根据孔径大小,可以将分子筛分类为微孔(直径小于2nm)、介孔(直径为2-50nm)和大孔(直径大于50nm)。
3. 分子筛骨架类型根据不同元素(如硅、铝、钾等)在骨架中的存在情况以及它们之间连接方式的不同,可以将分子筛骨架分为不同类型。
例如,硅铝比为1的ZSM-5是一种常见的分子筛骨架类型。
三、分子筛的制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备分子筛晶体的方法。
该方法通常涉及将硅源和铝源(或其他元素源)与模板剂混合,并在适当条件下进行水解和聚合反应。
2. 水热合成法水热合成法是另一种制备分子筛晶体的方法。
该方法涉及将硅源和铝源(或其他元素源)与模板剂混合,并在高温高压下反应。
3. 直接合成法直接合成法是一种简单而有效的制备分子筛晶体的方法。
该方法涉及将硅源和铝源(或其他元素源)与模板剂混合,并在适当条件下进行水解和聚合反应。
四、分子筛的应用1. 催化剂由于其孔道大小和结构可调性,因此分子筛被广泛应用于催化剂领域。
例如,ZSM-5可以用作汽油催化裂化催化剂,而SAPO-34可以用作选择性还原NOx催化剂。
2. 吸附剂分子筛的孔道大小和结构可调性使其在吸附剂领域中具有广泛的应用。
例如,MFI型分子筛可以用于去除甲烷中的水和二氧化碳。
3. 分离剂由于分子筛可以选择性地吸附和分离不同大小和形状的分子,因此它们在分离剂领域中具有广泛的应用。
分子筛的一些知识沸石分子筛的广泛应用,在于它具有优异的性能。
为了深刻了解这些性能,就必须弄清分子筛的结构,而深入研究分子筛的结构与性能,反过来又将进一步促进它的应用和发展。
分子筛是一种晶体硅铝酸盐,因而,可以应用X-射线衍射进行结构分析。
通常合成分子筛是10μ以下的粉末,在使用粉末衍射法进行测试时,对于对称性较差的沸石类型,指标化及搜集强度的工作都十分困难,因此,到目前为止,仅确定了四十多种沸石的结构,还有一半左右尚未测定出来。
倘若能够得到较大的佛石单晶,采用X-射线衍射的单晶转动法更为有效。
较大的A型分子筛单晶可由种子晶体的再结晶得到。
用X-射线衍射的单晶转动法,不仅可在指标化之前,引出晶胞参数,确定骨架结构,而且还可以推定出非骨架原子(或离子)和分子和位置。
每一种分子筛都有特征的X-射线粉末衍射图样,因此由衍射图样的比较,可以确定沸石的类型。
非晶态度的凝胶不产生衍射,故X-射线分析也可以用来观察分子筛结晶的情况,混和物的衍射图样,由各组分的粉末线迭合而成,并且衍射强度随含量而变化。
所以X-射线衍射也用以确定分子筛的纯度。
现在又有一种新的红外光谱法测定分子筛的结构。
通过测定已知结构分子筛的红外光谱,找出普带的特征频率与骨架结构基团间的关系,进而测定未知结构的光谱,推导出骨架结构。
一般采用频率1300-200厘米-1的红外线。
因为这一范围包含着(Si,Al)O4四面体的基本振动,反映出骨架结构的特征。
目前,红外光谱已用于测定沸石骨架的结构类型,结构基团、骨架的硅铝组成,热分解过程中结构的变化和脱水、脱羟基过程中阳离子的迁移等。
在分子筛的应用中,表面性质十分重要。
借助红外光谱,我们可以更透彻地了解沸石的表面性质以及在各种处理中的变化,如根据吸附分子引起的光谱变化,就可知道沸石表面与吸附分子相互作用,吸附分子的位置以及催化活性和表面性质的关系等。
由于红外光谱的高度灵敏性,沸石结构的微小变化都在光谱中得到反映。
分子筛的一些知识沸石分子筛的广泛应用,在于它具有优异的性能。
为了深刻了解这些性能,就必须弄清分子筛的结构,而深入研究分子筛的结构与性能,反过来又将进一步促进它的应用和发展。
分子筛是一种晶体硅铝酸盐,因而,可以应用X-射线衍射进行结构分析。
通常合成分子筛是10μ以下的粉末,在使用粉末衍射法进行测试时,对于对称性较差的沸石类型,指标化及搜集强度的工作都十分困难,因此,到目前为止,仅确定了四十多种沸石的结构,还有一半左右尚未测定出来。
倘若能够得到较大的佛石单晶,采用X-射线衍射的单晶转动法更为有效。
较大的A型分子筛单晶可由种子晶体的再结晶得到。
用X-射线衍射的单晶转动法,不仅可在指标化之前,引出晶胞参数,确定骨架结构,而且还可以推定出非骨架原子(或离子)和分子和位置。
每一种分子筛都有特征的X-射线粉末衍射图样,因此由衍射图样的比较,可以确定沸石的类型。
非晶态度的凝胶不产生衍射,故X-射线分析也可以用来观察分子筛结晶的情况,混和物的衍射图样,由各组分的粉末线迭合而成,并且衍射强度随含量而变化。
所以X-射线衍射也用以确定分子筛的纯度。
现在又有一种新的红外光谱法测定分子筛的结构。
通过测定已知结构分子筛的红外光谱,找出普带的特征频率与骨架结构基团间的关系,进而测定未知结构的光谱,推导出骨架结构。
一般采用频率1300-200厘米-1的红外线。
因为这一范围包含着(Si,Al)O4四面体的基本振动,反映出骨架结构的特征。
目前,红外光谱已用于测定沸石骨架的结构类型,结构基团、骨架的硅铝组成,热分解过程中结构的变化和脱水、脱羟基过程中阳离子的迁移等。
在分子筛的应用中,表面性质十分重要。
借助红外光谱,我们可以更透彻地了解沸石的表面性质以及在各种处理中的变化,如根据吸附分子引起的光谱变化,就可知道沸石表面与吸附分子相互作用,吸附分子的位置以及催化活性和表面性质的关系等。
由于红外光谱的高度灵敏性,沸石结构的微小变化都在光谱中得到反映。
其他的物理测试技术如紫外光谱等也可以帮助确定分子筛的结构,但目前主要采用的是X-射线衍射和红外光谱法。
沸石A、沸石X、沸石Y和丝光沸石应用最广,对它们的结构和性能的研究也最为深刻。
第一节分子筛结构概述分子筛是一类具有骨架结构的硅铝酸盐晶体,晶体内的阳离子和水分子在骨架中有很大的移动自由度,可进行阳离子交换和可逆地脱水。
分子筛的化学组成可用以下实验式表示:M2/nO. Al2O3. xSiO2. yH2OM是金属离子,n是M的价数,x是SiO2.的分子数,也是SiO2/Al2O3克分子比,y是水分子数.上式可以改写成M p/n[(AlO2)p()q] yH2OP是AlO2分子数,q是SiO2分子数,M,n,y同上.由上式可以看出:每个铝原子和硅原子平均加起来都有二个氧原子,若金属原子M的化合价n=1,则M的原子数等于铝原子数,若n=2,则M 的原子数等于铝原子数的一半。
各种分子筛的区别,首先是化学组成的不同,如经验式中的M可为Na、K、Li、Ca、Mg等金属离子,也可以是有机胺或复合离子。
化学组成的一个重要区别是硅铝克分子比的不同。
例如,沸石A、沸石X、沸石Y和丝光沸石的硅铝比分别为1.5~2、2.1~3.0、3.1~6.0和9~11。
当式中的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同,一般x的数值越大,而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。
二、分子筛的结构基元——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,氧是否-2价,故(SiO4)四面体可在平面上表示如国(2-1)(a)。
实际上,硅原子的四个化学健在空间互成一定角度,故可用立体图表示如图2-1(b)。
图2-1(b)中,小黑点表示Si原子,周围的大圆圈表示氧原子,显示了氧的原子体积比硅大。
由于每个氧原子为邻二个四面体所共用(称氧桥),因此,硅和氧的化合价都得到满足,四面体间通过氧桥相应连接,便构成链状、层状及三维的立体骨架。
OO Si O(图2-1a)O(图2-1b)在AlO4四面体中,因为铝是+3价,故四面体带有负电荷,式2-1中金属离子用以保持电性中和。
四面体中的硅和铝原子,通常用T表示,T—O和O—O间的距离是各不相等的,Si—O=1.61埃,Al—O=1.75埃,Osi—Osi=2.63埃,OAl—OAl=2.86埃。
三、环、笼和结构亚元四面体通过氧桥相互连接,便形成环。
由四个四面体组成的环是四元环,五个四面体组成的环中五元环。
还有六元环、八元环、十二元环及十八元环等。
所有的六元环可简化为六方型,每个顶角有一个T(Si或Al)原子,每条边的中央有一个氧原子。
通常二个铝氧四面体不能直接相连。
环的当中是一个孔,各种环的孔直径为:四元环1埃,六元环2.2埃,八元环4.2埃,十二元环8-9埃。
由于环可有不同程序的扭转,实际孔径瑟上述数据有一定出入。
因此八元环,孔径不一定相等。
环的孔径通常分子的大小差不多。
六元环以下的孔径太小,分子钻不进去,除了离子交换之外,意义不大。
由较大的环构成的沸石通道在分子筛的吸附及催化作用中是很重要的。
四面体通过氧桥连接成环,环上的四面体再通过氧桥相互连接,便构成三维骨架的孔穴(笼或空腔)。
在分子筛的晶体结构中,含有许多形状整齐的多面体庞。
如A形分子筛中,有β笼、α笼、γ笼,X型和Y型沸石中有β笼、八面沸石笼和六方柱笼等。
γ笼是一个立方体,由六个四元环组成,体积很小,一般分子进不到里面去。
六方柱笼是六棱柱体,由六个四元环和二个六元环组成,它的体积也比较小。
β笼也叫方纳石笼,因为方钠石结构中也有这种笼子,实际上是个削角或平切八面体,含有六个四角面,八个六角面和24个倾角。
它的空腔体积为163埃3,平均直径6.6埃。
β笼进一步相互连接,就可构成A型、X型、Y型分子筛的骨架。
对已知结构的沸石骨架经过仔细的分析,共发现八种(Si,Ai)O4四面体的特殊排列——结构亚元。
每种沸石骨架可看成是仅由一种结构亚元组成的。
这里不考虑SI和AL原子的分布地。
结构亚元的大小和硅酸盐阴离子相当。
分子筛沸石的结构分类就是基于这些结构亚元进行的。
每一类沸石都包含着共同的结构亚元,这八种结构亚元中最简单的是四元环和六元环。
在其他硅铝酸盐骨架中也常常发现。
具有相同结构亚元的沸石,由于骨架铝硅的分布和阳离子位置不同,可以属于不同的沸石类型,如钙十字石、交沸石等。
很大的四面体基团,象β笼等,虽然在许多情况下,可以把沸石骨架看成是由这些多面体单位构成的。
但不算作结构亚元。
四、硅铝分布和同晶取代骨架中的硅铝分布是沸石结构的一个重要方面,一些异构沸石及沸石组成的改变,显然在它们的硅铝分布方面有着重大差别。
沸石骨架中,硅和铝的四面体位置是通过测定这些原子和氧间的距离求得的,这一工作十分困难,至今只有少数沸石得到解决。
看来骨架中的硅和铝的分布,至少是部分有序的。
只有少数位置,即可以为硅点据,又可以为铝占据。
因此,每种沸石的硅铝比总是有一定的范围。
X射线分析表明,水钙沸石和钠沸石中的硅铝分布是完全有序的。
例如,在水钙沸石中,SiO4和AlO4四面体,按Si/Al=1相互交错。
这些沸石处于相当稳定的状态,在较高温度下才能结晶出来。
在其他沸石中,硅铝的分布只是部分有序的,有序的程度也各不相同,有的长程有序,有的仅在很短区间内硅铝分布才有序的,即短程有序。
硅铝四面体原子可为其他原子取代,如Be,B、Ge、P、Fe等,四面体铝也可以通过水解而脱除,如通过反复的加热和酸处理,丝光沸石的硅铝比甚至可提高到600,即基本上不含铝,而仍名保持原来的晶体结构,红外光谱已经证明,在水解时有(H4O4)四面体生成。
在此四面体中,O——O间的距离2.7埃,约等于通常氢键的键长。
在钓烧时,H4O4四面体生成水,同时硅原子移动,占据空虚的铝中面体位置。
五、阳离子位置由于热运动,阳离子位置的不规则性和位置的部分占据、以及骨架扭转和晶格缺陷等,常常使阳离子位置的精确测定受到阻碍,对于骨架孔穴很大的沸石,单靠X-射线衍射,往往不能确定阳离子位置,需要借助电子自旋等其他测试技术。
对于骨架孔穴很少的沸石,如钠沸石和水钙沸石等,只有一种阳离子位置,并且这种位置为阳离子完全占据。
阳离子即与骨架氧键合,又与水分子键合,而水分子(如在钠沸石中)也与骨架氧通过氢键键合,在这些沸石中,阳离子和水分子的位置都是完全固定的。
在骨架孔穴很大的沸石中,常有几种阳离子位置。
这些位置一般仅部分地被占据,同时,阳离子更多地和水分子配位。
阳离子的不同分布,对离子交换、热稳定性及吸附和催化齐能都有影响。
沸石中的阳离子位置主要由下列因素决定:1、分子筛孔穴中的吸附位能(与骨架组成有关)。
孔穴中的吸附位能越大,阳离子截止趋于占据该孔穴。
2、阳离子的大小,电荷和极化率。
不仅影响与骨架氧、水分子等的相互作用,而且还可能有空间位阻等复杂因素;3、阳离子间的相互作用。
4、温度和吸着分子。
由于升高温度,使热运动加快,促进了阳离子位置的转移,而水合度的增加,往往使阳离子离开骨架氧,位置变得更加不固定。
如沸石ZK-5,在室温和充分水合的状态下,阳离子占据六元环外面的三次轴位置,但在150度部分脱水的情况下,这种位置完全空了。
一般随着沸石硅铝比的增大,阳离子与水的作用加强,更加趋向于离开骨架氧。
沸石阳离子与骨加氧之间的距离,总是大于正常的离子键长,可见,阳离子氧间还有某种程度的共价键存在。
六、水和其他吸着物许多吸着物分子占据沸石中确定的位置,如在骨架孔穴很小的钠沸石,水分子的位置是完全确定的,在菱沸石中的卤素原子也有类似的情形。
然而,在具有很大孔穴的沸石中,除了一些靠近骨架原子的吸着物外,水和其他分子的位置都是不固定的,可以把吸着物想象为在沸石内表面形成许多层。
第一层的分子被强烈地吸着,随着层数的增加,越来越不受表面作用力的影响。
如在八面沸石中,单位晶胞可容纳260个水分子,近于孔中心的分子与骨架的键合力很小。
对于非极性分子,这种作用力就更小,位置就更加不固定。
但是,对于象Br和I2这样的大分子,即使在最大的孔道中,也只能形成1-2层。
因此,在键合力的类型相同的情况下,它们的位置就比小分子固定得多。
沸石吸着水和其他分子的结果,常常会使骨架变形。
如菱沸石的骨架,就很容易变形。
可逆扭转的程度也有差别。
八元环上氧原子可移动达0.5埃,因而,八元环的形状随着吸着分子而发生显著变化。
A型、X 型和Y型等分子筛的骨架不易变形。
吸着分子吸引起骨架氧的移动,最大不超过0.1埃。
菱沸石和相应的A型分子筛的主通道都由八元氧环构成,它们的不同吸附性质,除了与结构有关外,看来也受这种变形的影响。
有些沸石,特别是层状结构的沸石,在脱水时骨架崩溃。