实验一 A型分子筛合成

分子筛的合成及其应用探究随着科技的不断进步，分子筛作为一种新型材料被越来越多的领域所用到。

分子筛最初是作为催化剂用于石油加工等工业领域，但随着人们对其性质与特点的深入研究，分子筛的应用范围也日益扩大。

本文将详细介绍分子筛的合成方法及应用探究。

一、分子筛的合成为了获得高质量分子筛，在对分子筛进行合成时，材料的纯度以及反应条件的优化都是非常重要的。

有很多种合成分子筛的方法，其中最常见的就是水热合成法、水熔合成法、气体扩散方法等。

1. 水热合成法水热合成法是分子筛中最为常见的一种合成方法。

其步骤为：首先将硅酸酯和铝酸铵等物质放入一个透明的反应釜中，在加入适量的碱后，将其密封，然后将反应釜放置在高压锅中加热，等待一段时间后，可得到高纯度的分子筛产品。

水热合成法的优势在于反应时间短，反应产物的纯度较高。

2. 水熔合成法水熔合成法是较为新颖的分子筛合成方法，其步骤为：将化合物放入一个高温的石英管中，并以较高的压力、较高的温度加强反应作用，而最终得到高纯度的分子筛产物。

3. 气体扩散法气体扩散法则是利用高能的离子源，将它们聚焦攻击在样品之上，而使粒子间发生反应合成出分子筛。

这种合成方法的优势在于分离效果显著，在某些粒子线空间狭小清洁环境较佳的场合可获得更纯的材料。

以上三种方法都被广泛应用于分子筛材料的合成中。

随着科技的不断发展，人们对分子筛的合成方法也在不断拓展，未来分子筛的合成方法仍将不断创新与完善。

二、分子筛的应用分子筛在各大领域中都有着广泛的应用，其中最常见的应用领域包括化学、制药、环保、食品加工等。

1. 化学领域分子筛在化学领域中广泛地应用于催化化学反应、反应性分离等方面。

分子筛的微细孔结构与化学反应性质的特殊性质使其成为一种理想的催化剂。

其在化学合成过程中可以引入历程中的各种反应中间体，以此提高反应效率，一些复杂的化学反应都可以在分子筛的作用下实现。

此外，分子筛还可应用于气体分离、固体分离等领域。

2. 制药领域分子筛在制药领域也有着广泛的应用。

分子筛原理| 分子筛的合成机理分子筛是什么？一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐(泡沸石)或天然沸石。

其化学通式为(M′2M)O·Al2O3·xSiO2·yH2O，M′、M分别为一价、二价阳离子如K+、Na+和Ca2+、Ba2+等。

分子筛原理：1、吸附性能沸石分子筛的吸附是一种物理变化过程。

产生吸附的原因主要是分子引力作用在固体表面产生的一种“表面力”，当流体流过时，流体中的一些分子由于做不规则运动而碰撞到吸附剂表面，在表面产生分子浓聚，使流体中的这种分子数目减少，达到分离、清除的目的。

由于吸附不发生化学变化，只要设法将浓聚在表面的分子赶跑，沸石分子筛就又具有吸附能力，这一过程是吸附的逆过程，叫解析或再生。

由于沸石分子筛孔径均匀，只有当分子动力学直径小于沸石分子筛孔径时才能很容易进入晶穴内部而被吸附，所以沸石分子筛对于气体和液体分子就犹如筛子一样，根据分子的大小来决定是否被吸附。

由于沸石分子筛晶穴内还有着较强的极性，能与含极性基团的分子在沸石分子筛表面发生强的作用，或是通过诱导使可极化的分子极化从而产生强吸附。

这种极性或易极化的分子易被极性沸石分子筛吸附的特性体现出沸石分子筛的又一种吸附选择性。

2、离子交换性能通常所说的离子交换是指沸石分子筛骨架外的补偿阳离子的交换。

沸石分子筛骨架外的补偿离子一般是质子和碱金属或碱土金属，它们很容易在金属盐的水溶液中被离子交换成各种价态的金属离子型沸石分子筛。

离子在一定的条件下，如水溶液或受较高温度时比较容易迁移。

在水溶液中，由于沸石分子筛对离子选择性的不同，则可表现出不同的离子交换性质。

金属阳离子与沸石分子筛的水热离子交换反应是自由扩散过程。

扩散速度制约着交换反应速度。

通过离子交换可以改变沸石分子筛孔径的大小，从而改变其性能，达到择形吸附分离混合物的目的。

沸石分子筛经离子交换后，阳离子的数目、大小和位置发生改变，如高价阳离子交换低价阳离子后使沸石分子筛中的阳离子数目减少，往往造成位置空缺使其孔径变大；而半径较大的离子交换半径较小的离子后，则易使其孔穴受到一定的阻塞，使有效孔径有所减小。

A型分子筛的应用研究进展王鹏飞（上海化工研究院精细化工所200062）摘要：综述了A型沸石分子筛在膜制备与应用、洗涤剂、新型材料、干燥剂或脱水剂、缓释肥料、变压吸附分离以及环境保护等方面的应用。

关键词：A型分子筛应用1、引言A型分子筛最早于1954年在美国联合碳化物公司(Union Carbide Corporation, 简称UCC)开始试生产[1]，并于1957年移交工业生产，与X型、Y 型和丝光沸石一起被称为第一代分子筛。

A型分子筛的化学组成经验式为（M2+, M+）O·Al2O3·2SiO2·yH2O，根据交换阳离子的不同或分子筛有效孔径的不同，可分为3A、4A、5A分子筛等。

A型分子筛最大特性在于其吸附性，因而常常被用作干燥吸附材料、膜分离介质、气体变压吸附分离以及有机溶剂或气体脱水剂等；由于其具有离子交换性能，被用作洗涤剂助剂、化肥肥效保持或土壤改良剂、废水处理等，在工农业诸多领域有着广泛的用途和巨大的应用潜力。

2、应用2.1 A型沸石膜的合成与应用无机膜分离技术是80年代初发展起来的高新分离技术，具有耐高温、化学稳定性好、抗微生物侵蚀能力强、机械强度高以及不易胀、易清洗再生等优点。

A型分子筛具有较强的吸水性，利用其固有的特点，制成的A型分子筛膜具有很好的脱水性能。

随着膜制备技术的发展，A型沸石膜也越来越受到人们的重视。

例如，用A沸石膜采用全蒸发分离醇—水混合物[2]。

由均质溶液在大孔氧化锆复合物载体上制备出片状和管状的NaA沸石膜。

KA沸石膜是从钠型通过离子交换而得。

通过全蒸发测试了这些膜从异丙醇/水混合物中脱出水的性能，Na型和K型A沸石都有高选择性，热处理温度达150℃时膜的性能不受影响。

Goldman等[3]将加入A型分子筛粉末的聚氯乙烯溶胶涂敷于玻璃表面上，在常温下蒸发16h、28℃下真空干燥28h，制成A型分子筛膜。

主要用于乙醇—水共沸物分离，其中水的分离因子为29，蒸发能力为4×10-4g/(m.h)。

第３２卷第２期　２００２年４月　

日用化学工业　

Ｃｈｉｎａ　Ｓｕｒｆａｅｔａｎｔ　Ｄｅ　瑁町止＆Ｃｏｓｍ　Ｖｏ１．弛Ｎｏ．２　

Ａｍｉｌ撇　

以煤基工业废料为原料固相法合成　小粒径圆形Ａ型沸石分子筛　

刘永梅　，李德宝　，王晓钟　，萧墉壮　，窦涛　（１．太原理工太学精细所，山西太原０３００２４；　２．中国科学院山西煤化所．山西太原０３０００１　

摘要：首次以煤基工业废料为原料用固相法（Ｈ２０和Ｎａ２０的摩尔比低于０ｌ９）台成了具有圆形晶粒形貌的　小晶粒（１　・）Ａ型沸石分子筛，其各项质量指标符合行业标准。井对台成的条件及机理进行讨论，提供　了固相转化机理在低硅类沸石合成领域的实验佐证，井为大宗煤工业废渣的综合治理及深层次开发利用提　供基础性数据。　关键词：洗涤剂助剂；Ａ型沸石：煤基工业废料；圆形；小粒径；固相台成　中图分类号：田６４９　４　文献标识码：Ａ　文献编号：１００１—１８０３（ＺＯＯ＂）０２—００５３—０４　

固相法是作者及研究集体近年来发明的一种新的　合成方法，在遵循固相转化机理的基础上，我们制备　一系列的高硅沸石和中硅沸石（如ＺＳＭ一５、ＺＳＭ一　３５、丝光沸石等）。但这种方法不适于低硅沸石的合　成。本文以煤基工业废料为原料，首次用固相法合成　出了大宗社会消费品——洗涤剂用低硅Ａ型沸石，　且具有良好的性能。当Ａ型沸石分子筛被大量用作　洗涤剂助剂，控制其粒度和粒子形貌非常关键＿ｌ剖。　常规方法台成的ＮａＡ沸石分子筛的晶粒一般在１　～１０　，平均粒径在＞２　的范围内　Ｊ，合成出的　晶粒通常有棱角呈方型容易附着在织物表面并造成一　定的磨损。传统的水热化学原料合成法及天然原料碱　液处理法　～一条件严格，操作复杂，如配料成胶时原　料的加入顺序、混合方法，晶化温度、时问及搅拌条　件等都会对合成产品的粒度产生影响，而且都需要大　量的水，设备利用率低。其中天然原料碱液处理法，　Ｈ２０和Ｎａ２０的摩尔比一般在９０以上。本实验采用作　者发明的建立在固相转化机理基础上的固相法取代传　统的水热合成体系，使合成体系的Ｈ，０和Ｎａｚ０的摩　尔比降到０．９以下，合成步骤简单，易于操作，设备　利用率高。合成出的晶粒尺寸在１∞　左右，而且晶　粒呈圆形，这种规整、无棱角的圆形小晶粒Ａ型分　子筛作为洗涤剂助剂时，有利于提高钙镁离子交换速　率、减少沉积并能减轻对织物的磨损，该产品的　ｃａ２　交换度（每ｇ沸石交换的ｃ￣ｃｏ３＞３００　ｒａｇ）、白度　（＞９０）均符合工业标准，灼烧减量为２３％。　本实验采用的原料之一煤矸石是在开采煤时和选　煤过程中产生的天然铝硅酸盐矿物，是一类大量积　存、急待治理的工业废渣。煤矸石主要成分是Ａｊ　０　和ｓ　，因其合适的硅铝比、低廉的价格是合成Ａ型　沸石的很好原料。另一类原料粉煤灰是煤燃烧后排放　出来的细分散状固体废物（ＡＳＴＭＣ一６１８），主要成分　也为Ｍ２０　和ｓ　，也有着合成沸石的合适组分。本　实验既是沸石固相转变机理在低硅体系存在的有力佐　证，同时其所采用的固相合成方法简化了整个工艺流　程，降低了能耗和成本，是沸石分子筛生产和深度加　工煤矸石的优化方法。　１实验部分　１．１合成原料　煤矸石、粉煤灰（山西）、氢氧化钠（化学纯）、　水　实验采用的优质煤矸石属于高岭石族矿物　Ｉ，晶　体结构为三斜晶系．晶胞参数ａ＝０．５１４　ｎＦｌｌ，ｂ＝　０．８９３　ｎｉｉ！，ｃ＝０　７３７　Ｉｌｌｆｌ，ｄ＝９１．８。，口＝１０４．５。，７＝　９０。，Ｚ＝ｌ　。原料的组成为（均以质量分数表示）：　两０２＝４５．７９％；Ｍ２０３＝３８．３２％；Ｆｅ￣０３＝０．０８％；　硅铝比为２．０，所用粉煤灰为太原二电厂回收的废　渣，其组成为（均以质量分数表示）：Ｓｉ０２＝４６．４％；　Ａｌ２０３＝３１．７３％；Ｆｅｚｏ３＝９．４１％；ＣａＯ＝６．４２％；　Ｍｇｏ＝２．６５％。　１．２合成方法　首先将煤矸石或粉煤灰用球磨机粉碎，直至通过　３２０目筛，再将通过的粉体在６００℃　８００℃下煅烧２　ｈ一３　ｈ，使之转化为偏高岭石　然后用１　ｔｏｏｌ～３　ｔｏｏｌ　

《催化作用原理》第二章作业对不同分子筛结构的总结1.A型分子筛（LAT）的结构A型分子筛（LAT）由一下三个基本结构组成（如图1所示）：图1.A型分筛（LAT）基本组成结构A型分子筛（LAT）的基本晶胞组成：中间是图1中的lat结构，其八个角处的六元环在接八个sod结构，sod结构与lat结构中的四圆环以d4R结构连接，形成的立体结构如图2所示。

立体图平面截图图2.A型分子筛（LAT）的晶胞立体结构2.A型分子筛的应用A型分子筛具有较强的吸水性，利用其固有的特点，制成的A型分子筛膜具有很好的脱水性能。

例如，用A沸石膜采用全蒸发分离醇—水混合物。

由均质溶液在大孔氧化锆复合物载体上制备出片状和管状的NaA沸石膜。

KA沸石膜是从钠型通过离子交换而得。

通过全蒸发测试了这些膜从异丙醇/水混合物中脱出水的性能，Na型和K型A沸石都有高选择性，热处理温度达150℃时膜的性能不受影响。

1、Y型分子筛（FAU）的结构Y型分子筛（FAU）由以下两个结构组成（如图3所示）：图3.Y型分筛（FAU）基本组成结构Y型分子筛（FAU）的立体结构组成：sod结构和d6R结构相互连接形成一个十二圆环，四个十二圆环近似按四面体的各个面排列形成一个晶胞。

晶胞间相互连接排列形成了层状结构。

如图4所示。

图4.Y型分子筛（FAU）的晶胞及立体结构2、Y型分子筛的应用FAU型沸石分子筛是硅铝酸盐结晶体，由于其孔径较大(O．74 rim)，将其生长在多孔陶瓷等载体上则形成不同于其他沸石膜的大孔分子筛膜，适用于对较大分子的分离和石油化工、精细化工领域。

且由于其孔径可调，是通过物理和化学方法修饰获得不同孔径的分子筛膜的理想材料，受到国内外膜科技工作者的重视。

FAU型沸石膜根据其Si／A1比的不同，分为NaX型沸石膜和NaY型沸石膜，当硅铝比在1．5以下时，称为NaX型沸石膜；当硅铝比大于1。

5时，称为NaY型沸石膜。

物质的结构决定性能，NaY 分子筛相对均匀的、发达的孔结构，离子交换后保留的丰富的质子酸位使其酸催化作用成为可能。

分子筛的合成、表征及性能研究姓名好班级：好学号：好2014年 12 月 31 日一、实验目的1.了解分子筛的主要特点和用途；2.了解水热法的主要特点和一些基本实验操作；3.掌握 X 射线衍射表征方法的原理及实验操作；4.掌握氮气吸附法测多孔材料孔结构参数的原理及操作；5.掌握沸石分子筛化学组成的测定方法；6.通过比较、分析不同类型分子筛在离子交换、吸附性能上的差异。

二、实验设计思路合成材料组成、结构性能介孔分子筛大分子吸附氧化硅介孔硅结构铝导向小分子吸附比剂A 型M m/2O· Al 2O3沸石分子筛 X 型· nSiO 2· xH 2OY 型微孔离子交换三、实验原理分子筛材料，广义上指结构中有规整而均匀的孔道，孔径为分子大小的数量级，它只允许直径比孔径小的分子进入，因此能将混合物中的分子按大小加以筛分；狭义上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。

分子筛按骨架元素组成可分为硅铝类分子筛、小划分，小于 2 nm称为微孔分子筛，2～ 50分子筛。

按照分子筛中硅铝比的不同，可以分为磷铝类分子筛和骨架杂原子分子筛。

按孔道大nm称为介孔分子筛，大于50 nm称为大孔A 型 (1.5 ～ 2.0) ，X 型 (2.1 ～ 3.0) ，Y 型(3.1 ～6.0) ，丝光沸石 (9 ～11) ，高硅型沸石 ( 如 ZSM－5) 等，其通式为：MO.Al2O3.xSiO2.yH2O ，其中 M代表 K、 Na、Ca 等。

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 型分子筛等。

4A 型即孔径约为4A；含 Na+的 A 型分子筛记作Na-A, 若其中Na+被K+置换 , 孔径约为3A，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5A，即为5A 型分子筛。

X 型分子筛称为13X（又称Na-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 Ca-X 型）分子筛。

分子筛材料的合成与应用Introduction分子筛是一种细致的多孔材料，它的孔径大小可调，具有优良的分子筛选择性和催化活性，因此在化学、工业和环境等领域得到了广泛的应用。

本文将从分子筛材料的合成和应用两个方面来探讨其相关内容。

一. 分子筛材料的合成1. 模板法模板法是分子筛材料合成的主要方法，其基本思想是利用模板剂在分子级别上指导分子筛结构的定向组装。

典型的模板法分为正常模板法和反模板法两种。

正常模板法是将模板分子和无机源固定在一起，并在高温下煮沸，然后从混合物中沉淀出已形成的分子筛颗粒。

另一方面，反模板法则是将无机源与模板配对（与正常模板法相反），然后在高温下煮沸，再从混合物中沉淀出分子筛颗粒。

一般而言，使用反模板法可以把孔径延伸到较大的颗粒中。

2. 温和的方法近年来，更为温和的方法也逐渐受到了关注。

例如，温和的水热合成法和微波炉辅助法，它们能在低温下形成高质量的分子筛颗粒。

水热合成法是指将无机源和模板混合后，将混合物倒入容器中，然后进行加热处理即可。

而微波炉辅助法也是通过加热来促进反应的进行。

二. 分子筛材料的应用1. 催化剂由于其卓越的化学选择性和独特的反应活性，分子筛催化剂一直是研究的重要领域。

例如，分子筛催化剂在石油加工、精细化工和环境保护中拥有广泛的应用。

此外，分子筛催化剂还可以用于制备特定的有机分子（如氧化烷烃和环烷烃等），从而实现高效的化学合成过程。

2. 分子分离由于分子筛具有可调制的孔径大小和非常好的选择性，它们被广泛应用于分离分子中的有机物。

例如，分子筛可以作为一种有效的气体分离材料，具有高通量和优异的选择性。

此外，分子筛也可以用于水处理、污染物去除和生物技术等领域。

3. 药物传递分子筛作为一种药物载体，在药物传递领域具有潜在的应用价值。

分子筛可以通过扩展其孔径直径以容纳更大的化合物。

此外，分子筛的表面常常被功能化，以实现对生物体的针对性输送。

4. 其他领域分子筛也可以在其他领域得到广泛的应用。