第四节 分子筛简介

分子筛介绍嘿，朋友们，今天咱们来聊聊一个听起来挺高大上，但实际上在咱们生活中无处不在的小东西——分子筛。

你或许没直接见过它，但它却在很多方面默默地为咱们服务，简直就像个低调的超级英雄。

想象一下，你手里拿着一把沙子，但这可不是普通的沙子，它是经过特殊处理的，拥有神奇的力量，能够分辨出空气中的不同分子，然后把咱们不需要的那些给“筛”掉。

没错，这就是分子筛的本事。

它就像是自然界里的“超级分拣员”，只不过它分拣的不是快递包裹，而是分子。

分子筛这东西，其实是由一堆超小的晶体颗粒组成的。

这些晶体颗粒内部有着复杂的结构，就像是一个个迷宫一样。

当空气或者其他气体通过这些迷宫时，不同的分子会因为大小、形状或者对迷宫的“喜好”不同，而走上不同的路。

这样一来，分子筛就能把咱们想要的气体留下来，把不需要的给排除掉。

你可能会问，这玩意儿到底有啥用呢？嘿，用处可大了去了。

咱们家里的空气净化器，里面就有分子筛的身影。

它能把空气中的灰尘、花粉、细菌这些不速之客给过滤掉，让咱们呼吸的空气更加清新。

还有啊，汽车尾气处理系统里也有它，能把那些有害的气体给转化成无害的，让咱们的城市空气更加干净。

不仅如此，分子筛在工业生产中也是个大明星。

比如，在石油炼制过程中，它能帮助咱们把原油里的不同成分给分离出来，得到汽油、柴油这些咱们日常用的燃料。

还有啊，在制造半导体材料的时候，分子筛也是必不可少的帮手，它能确保生产出来的芯片纯净无瑕，性能杠杠的。

你可能会觉得，分子筛这么神奇，那它一定很贵吧？其实啊，分子筛的价格并没有咱们想象的那么高。

随着科技的发展，生产分子筛的成本越来越低，它也越来越普及了。

现在，很多家庭都能用得起带有分子筛技术的产品，享受它带来的便利和舒适。

说到这，我得提一句，分子筛虽然厉害，但它也不是万能的。

它只能根据分子的大小、形状来筛选，对于那些化学性质相似的分子，它可就有点力不从心了。

不过，这并不影响它在咱们生活中的重要地位。

毕竟，没有哪个超级英雄是完美的，对吧？总之，分子筛这个小东西，虽然平时不显山不露水，但它却在咱们的生活中发挥着巨大的作用。

分子筛狭义上讲，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相连而形成。

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。

分子筛的种类1.分子筛有天然沸石和合成沸石两种。

2.商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类，如3A型、4A型、5A型分子筛。

4A型即表中A类，孔径4&Aring；。

含Na+的A型分子筛记作Na-A，若其中Na+被K+置换，孔径约为3&Aring；，即为3A型分子筛；如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置换，孔径约为5&Aring；，即为5A型分子筛。

分子筛合成方法①水热合成法用于制取纯度较高的产品，以及合成自然界中不存在的分子筛。

将含硅化合物（水玻璃、硅溶胶等）、含铝化合物（水合氧化铝、铝盐等）、碱（氢氧化钠、氢氧化钾等）和水按适当比例混合，在热压釜中加热一定时间，即析出分子筛晶体。

合成过程可用下式表示：工业生产流程中一般先合成Na-分子筛，如13X型与10X型分子筛的合成（见图）。

在水热合成过程中添加某些添加剂可以改变最终产品的结构，如加入季胺盐可得到ZSM-5型分子筛。

②水热转化法在过量碱存在时，使固态铝硅酸盐水热转化成分子筛。

所用原料有高岭土、膨润土、硅藻土等，也可用合成的硅铝凝胶颗粒。

此法成本低，但产品纯度不及水热合成法。

③离子交换法通常在水溶液中将Na－分子筛转变为含有所需阳离子的分子筛，通式如下：式中Z-表示阴离子骨架，Me+表示需交换的阳离子，例如NH嬃、Ca2+、Mg2+、Zn2+等，原料通常为中空玻璃分子筛氯化物、硫酸盐、硝酸盐。

1、分子筛简介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。

分子筛结构图2、制氧分子筛5A小型制氧分子筛是一种特制的5A分子筛，是专为医疗保健制氧机而生产的，该分子筛具有制氧纯度高、速度快、使用寿命长的特点，是5A分子筛在医疗保健行业的一个重要应用。

化学式：4/5CaO·1/5Na2O·Al2O3·2 SiO2硅铝比：SiO2/Al2O3≈2有效孔径：约5A应用：除具有一般5A分子筛的特性外，主要用于变压吸附制氧。

3、小型分子筛制氧机的发展历程1962年美国联合碳化物公司（UCC）发现了分子筛对气体的选择性特性，并在实验设备上实现了对少数不同气体的分离；随即研制成功了世界上第一台制氢工业装置；随着分子筛材料与工艺的不断提升，70年代中期美国和德国首先将PSA技术应用于空气分离并在化工领域得到应用，到80年代中期化学工业的发展为分子筛的性能提高起到了关键作用，这使设备小型化成为可能，1985年美国的Praxair公司研制的第一台小型制氧机的问世标志着PSA技术小型化的开始，90年代初产品意义上的医用小型制氧机开始出现，美国材料实验学会（ASTM）于1993年颁布了医用小型制氧机标准规范（F1464-1993），国际标准组织于1996年发布了医用小型制氧机的安全性标准（ISO8359：1996）。

目前我国只有国家药品管理局颁布的《YY/T0298—1998医用分子筛制氧设备通用技术规范》，还没有相应的与国际接轨的医用小型制氧机行业或产品标准。

美国《F1464—1993》标准及国际标准《ISO8359：1996》两个标准的一个共同特点是对制氧机做了以下几点强制性规范，而我国《YY/T0298—1998》则没有强制性要求：A.产品必须设计有不可更改的累计计时功能。

分子篩(Molecular Sieves)一、簡介：分子篩為矽鋁金屬化合物之結晶產物，由Union Carbide公司於1954年研發出之產品；分子篩表面佈滿孔洞，依孔徑大小可吸收不同大小及不同極性之分子，目前除乾燥系統廣泛使用外，已發展應用至製程分離(直鏈Paraffins自支鏈及環狀物中分離)及觸媒商業運轉領域。

二、發展史：分子篩屬沸石(Zeolites)的一種，早在二世紀前已被發現其加熱釋放水、冷卻吸收水份之特性，1920年始發現沸石可吸收/釋放其它化合物，1930年代早期由於X-ray Diffraction分析技述的發展，揭發了沸石的基本構造，沸石為一結晶物質，每一結晶體中排列佈滿坑洞與洞穴，1948年Union Carbide公司研發單位對其吸收大氣水份與工業上之應用感到興趣，但是天然沸石的稀少性與物理化學性質的不穩定性，限制了其商業應用的實用價值，因此Union Carbide公司自行發展出純沸石的合成方法與經濟的純化製程用以生產合成沸石，1953年已有超過30種獨特的純沸石種類被製造出來，在當時化學工業觀點看來奇特、未知的物質，皆已陸續登錄於Composition-of-Matter Patents 中。

在缺乏沸石基本資料情況下，Union Carbide公司研發團隊不只需要瞭解其結構與吸收特性，還需進一步研發其再生方式、如何在運轉過程中不會影響其吸收特性、發展出可靠之生產技術與應用領域之推廣等；1954年三種產品開始商業上推廣試用於化工及石化業，該年9月份有80%試用的公司立即給予正面的評價，並Order更多之測試與試用，以期解決其氣體純化與除水問題，此不尋常之回應鼓舞了Union Carbide公司去建立商業上應用的決心，自此Union Carbide公司持續性的增加分子篩在工業上應用的領域與效能，並發展出各種類型之分子篩產品。

三、結晶結構(Crystal Structure)：分子篩為一結晶沸石(Zeolites)，其基本分子式如下：M2/n O.Al2O3.xSiO2.yH2OM：Cation of n Valence雖然在結構上類似Gel type Amorphous Alumino-Silicates(一般通稱為沸石，一般應用於軟水劑)，但此類沸石內含之孔洞較寬(20~10000Å)，無選擇性吸收效果。

分子筛一、概念分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。

此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。

由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，这些微小的孔穴直径大小均匀，能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔道大的分子排斥在外,因而能把形状直径大小不同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。

目前分子筛在化工，电子，石油化工，天然气等工业中广泛使用。

二、常见型号方钠型，如A型：钾A(3A），钠A(4A），钙A(5A）；八面型，如X型：钙X(10X），钠X(13X）和Y型：钠Y，钙Y；丝光型，（-M型）：高硅型沸石，如ZSM-5等。

三、种类分子筛有天然沸石和合成沸石两种。

①天然沸石大部分由火山凝灰岩和凝灰质沉积岩在海相或湖相环境中发生反应而形成。

目前已发现有1000多种沸石矿，较为重要的有35种，常见的有斜发沸石、丝光沸石、毛沸石和菱沸石等。

主要分布于美、日、法等国，中国也发现有大量丝光沸石和斜发沸石矿床，日本是天然沸石开采量最大的国家。

②因天然沸石受资源限制，从20世纪50年代开始，大量采用合成沸石。

四、分子筛中的吸附吸附作用源于吸附质分子与吸附剂表面之间的作用力；根据作用力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附。

在分子筛作为吸附剂用于分离过程时，主要是物理吸附，用作催化剂时会涉及到化学吸附。

对客体分子在分子筛内的吸附行为，国内外有大量研究者通过理论、实验及分子模拟等方法进行了研究。

其中，对一定温度下，吸附质吸附量随其压强或化学势的变化关系一吸附等温线的研究是非常重要的内容。

此外，相关研究还包括客体分子的吸附热、Henry常数、吸附位、吸附选择性、吸附质与吸附剂之间的相互作用等。