分子筛

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。

催化剂及其作用机理二分子筛催化剂1.分子筛的概念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Mx/n[(Al3O2)x·(SiO2)y] ·ZH2O式中M是金属阳离子，n是它的价数，x是Al3O2的分子数，y是SiO2分子数，Z是水分子数，因为Al3O2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。

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。

2.分子筛的结构特征（1）四个方面、三种层次：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。

（2）分子筛的笼：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1.14nm，空腔体积为760[Å]3。

分子筛分子筛（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。

一、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。

三、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。

b)金属阳离子易被交换。

分子筛的科学和工学分子筛是少见的具有广泛应用领域的机能性物质，分子筛具有吸附作用，离子交换作用，催化作用，被广泛应用于化工和其他工程领域。

多孔材料的孔道大小分类：分子筛的构造：Zeolite: 结晶型多孔质硅铝酸盐的总称。

1756年从天然矿物中发现的 基本结构单位是四面体构造的(SiO 4)4-或者(AlO 4)5-单位(统称TO 4) 。

一个TO 4单位有四个顶点氧，这四个顶点氧分别和相邻的四个TO 4单位的顶点氧共享，逐步连成三维结构，形成结晶。

这种结晶物质具有多孔性，孔道入口处直径为0.4-0.8nm ．由于比孔道口小的分子可以进入孔道内，而比孔道口大的分子无法进入孔道．所以这种物质具有筛分分子的作用，称为分子筛．1.除Al 3+之外，3价或4价元素引入硅酸盐的骨骼，可以形成和硅铝酸盐具有同样结晶构造的金属硅酸盐．2.组成为AlPO 4的与分子筛同样多孔构造的磷铝酸盐多孔结晶体．分子筛是硅铝酸盐特有的构造，其他多种氧化物可以构成同样的结晶型多孔构造．组成一个TO4单位有四个顶点氧，这四个顶点氧分别和相邻的四个TO4单位的顶点氧共享，逐步连成三维结构，形成结晶。

Tectosilicate: 网硅酸盐．SiO2以Al3+置换骨骼中的部分Si4+时, 骨架结构呈负电性，必须在结构中引入其他阳离子如Na+,H+, Ca2+等, 补足正电荷，组成为M n Al n Si1-n O2(M为1价阳离子).International Zeolite Association, IZA 分子筛或分子筛类似物的必要条件：形成敞开3维网络体系的化合物，组成为ABn (n≈2), A成4根键，B成2根键，骨骼密度在20.5（TO4单位）以下的物质．骨骼密度：1nm3内T(含Si和Al)原子数总合．骨骼密度在21以上的物质被称为致密网硅酸盐．氧化物以外的物质也可以放在分子筛类似物的范畴．　分子筛(沸石)命名：天然矿物沸石人工合成分子筛天然沸石命名：(1)矿物学家和化学家的名字Faujasite(FAU):France(矿)B.Faujas de Saint-Fond (1741~1819) Ferrierite(FER):Canada(矿)W.F.Ferrier(1865~1950)Gmelinite(GME):German(化)C.G.Gmelin(1792~1860)Heulandite(HEU):British(矿)J.H. Heuland(1778~1856)Offretite(OFF):France(?)A.J.J.Offret(1857~)Paulingite(PAU):USA(化)L.C.Pauling(1901~1994)(2)产地命名Bikitait(BIK):津巴布韦Bikita Goosecreekite(GOO): USA Virginia state Goose Greek Quarry Mordenite(MOR,丝光沸石):Canada nava scoot state morden(3)形态组成命名(希腊语) Analcime(ANA):无Chahazite(CHA,菱沸石): 冰雹Erionite(ERI):羊毛Stibite(STI,束沸石):光泽合成沸石命名：主要有研制的公司和大学等研究机构命名。

分子筛名词解释分子筛又称分子筛催化剂，是一种新型的分子筛。

它是通过对原料或中间产品进行预处理（如吸附或纯化），而在反应系统内部引入大量特殊的微孔道结构，利用这些孔道作为微观不均匀体系的特殊的催化剂。

分子筛又叫活性炭分子筛为具有多孔结构的含炭物质。

其粒径范围一般在0.5～100nm之间。

对活性炭的研究表明：当活性炭颗粒的直径小于50nm时，有机物在与之接触后，就会被吸附并保留下来，且具有高效率、高选择性、寿命长等优点。

因此，制备活性炭，最佳的粒度是活性炭的5-20倍，最好是3-5倍。

分子筛又称分子筛催化剂，是一种新型的分子筛。

它是通过对原料或中间产品进行预处理（如吸附或纯化），而在反应系统内部引入大量特殊的微孔道结构，利用这些孔道作为微观不均匀体系的特殊的催化剂。

其工作原理是吸附作用。

分子筛中的孔道结构可以吸附和过滤大量的物质，其孔径一般在0.02-10μm之间，尤其是0.5-1μm的孔道能够有效地将大分子吸附，而保留小分子和水，故称分子筛为吸附性分子筛。

分子筛是由多孔性材料（如硅藻土）与载体材料（如粘土）复合而成，具有吸附性能强、分散性能好、比表面积大、易再生等特点。

它还可用作催化剂载体、离子交换树脂、防毒防霉剂、抗菌素吸附剂、固定化酶载体等。

1、 TiO2-Pt2O3体系中铁过量时容易引起浸出，此时的最佳铁浓度在0。

1%～0。

6%之间，即可实现完全浸出；2、提供充足的氧气，使铁分解成二价铁离子，从而实现对苯酚的彻底浸出。

第三，对苯酚在分子筛上分布均匀，有利于均匀受热，缩短沸腾时间，同时可抑制酚的氧化。

第四，加入分子筛后可减少苯酚回流量，降低废水负荷。

第五，加入分子筛后可消除苯酚泡沫，增加透光性。

此外，在实际生产中还要考虑其他影响因素。

例如，分子筛的粒度大小、用量等都会影响废水的最终处理效果。