3A/4A分子篩/5A/13X分子篩特性介紹與用途

(一) 源林硅瓷生產(chǎn)的分子篩

分子篩是一種硅鋁酸鹽多微孔晶體，它具有均一的孔徑和極高的比表面積、熱穩(wěn)定性好、吸附性能強、內(nèi)表面積大、強度高等特點。分子篩由于其用途的不同，因此分為：

吸附脫水：3A、4A、5A、13X

氣體吸附分離： 4A、5A、13X

制氮制氧： 碳分子篩、13-HP分子篩、鋰分子篩

中空玻璃： 中空玻璃分子篩

聚氨酯膠/塑料類脫水添加劑： 分子篩活化粉

(二) 分子篩的主要特性

(1)分子篩對水或各種氣，液態(tài)化合物可重復(fù)吸附和脫附。

(2)分子篩可以實現(xiàn)選擇性吸附，即只吸附那些小于分子篩孔徑的分子。

(3)對于小的不飽和極性分子，具有優(yōu)異的選擇吸附性能。不飽和度越高，極性越大，其吸附性越強。

(4)具有強烈的吸水性。哪怕在較高的溫度、較大的空速和含水量較低的情況下，仍有相當高的吸水容量。

     實驗表明分子篩對于水 、氨氣 、硫化氫 、二氧化碳 等極性強分子具有很強的吸附力。特別對于水，在低分壓、低濃度，高溫（甚至在 100℃以上）等十分苛刻的條件下仍有很高的吸附量。

1、低壓或低濃度下的吸附

在相對濕度30% 時分子篩的吸水量比硅膠 ,活性氧化鋁都高。隨著相對濕度的降低，分子篩的優(yōu)越性越發(fā)顯著。而硅膠，活性氧化鋁隨著濕度的降低，吸附量快速下降。

2、高溫吸附

在較高的溫度下，活性氧化鋁，特別是硅膠，會幾乎喪失吸附能力。

分子篩是唯一可用的高溫吸附劑。在 100度和相對濕度1.3%時，分子篩吸水量還能達到 15%，比相同條件下活性氧化鋁的吸水量大 10倍。

(三)分子篩的催化特性及相關(guān)解釋

     分子篩具有均勻的孔結(jié)構(gòu)，形成很大的表面積，而且表面極性很高，一些具有催化活性的金屬可以，以極高的分散度還原為元素狀態(tài)。同時分子篩骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性很高，使分子篩不僅成為優(yōu)良的吸附劑，而且成為有效的催化劑和催化劑載體。

1、分子篩的相關(guān)解釋

分子篩, 常稱沸石或沸石分子篩, 按經(jīng)典的定義為“ 是具有可以被很多大的離子和水分占據(jù)孔穴(道) 骨架結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽” 。照傳統(tǒng)定義，分子篩是具有均一結(jié)構(gòu)，能將不同大小分子分離或選擇性反應(yīng)的固體吸附劑或催化劑。狹義講，分子篩是結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽，由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵連相連形成孔道和空隙體系，從而具有篩分分子的特性?；究煞譃锳、X、Y、M和ZSM幾種型號，研究者常把它歸屬固體酸一類。

2、分子篩催化劑的分類及其特點

分子篩按孔道大小劃分，分別有小于2 nm、2—50 nm和大于50 nm的分子篩，它們分別稱為微孔、介孔和大孔分子篩。分子篩根據(jù)孔徑大小可分為微孔、介孔和大孔分子篩3 大類。微孔分子篩具有強酸性和高水熱穩(wěn)定性等優(yōu)點和特殊“擇形催化”性能，但也存在著孔徑狹窄、擴散阻力大等缺點，從而大大限制了在大分子催化反應(yīng)中的應(yīng)用。介孔分子篩具有比表面積高、吸附容量大、孔徑大等特點，在一定程度上解決了傳質(zhì)擴散限制問題，但其酸性較弱且水熱穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致其工業(yè)應(yīng)用受到了限制。為了解決上述問題，研究人員開發(fā)了多級孔分子篩，該分子篩結(jié)合了介孔和微孔分子篩的優(yōu)點，在石油化工領(lǐng)域具有不可估量的應(yīng)用前景。

3、分子篩的催化特性

（1）催化反應(yīng)的活性要求：

比表面積大，孔分布均勻，孔徑可調(diào)變，對反應(yīng)物和產(chǎn)物有良好的形狀選擇；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機械強度高，可耐高溫(400～600℃)，熱穩(wěn)定性很好，活化再生后可重復(fù)使用；對設(shè)備無腐蝕且容易與反應(yīng)產(chǎn)物分離，生產(chǎn)過程中基本不產(chǎn)生“三廢”，廢催化劑處理簡單，不污染環(huán)境。如擇形催化的研究體系，幾乎包括了全部的烴類轉(zhuǎn)化和合成，還有醇類和其它含氮、氧、硫有機化合物以及生物質(zhì)的催化轉(zhuǎn)化，這些都為基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和工業(yè)開發(fā)開辟了廣闊的領(lǐng)域。一些含過渡金屬的沸石分子篩不僅應(yīng)用到傳統(tǒng)的酸堿催化體系中，而且也應(yīng)用到氧化一還原催化過程中。

（2）沸石分子篩的高效催化

對于工業(yè)催化所用的沸石分子篩而言，高性能是基本的要求和目標。催化材料活性中心的種類與數(shù)量，以及微孔擴散性能是影響其催化活性的內(nèi)在本質(zhì)因素。催化選擇性則與微孔孔道的擇形性、副反應(yīng)的發(fā)生、各反應(yīng)分子的擴散快慢有密切關(guān)系，壽命一直是衡量催化材料性能優(yōu)劣的重要指標，如何盡可能地延長催化劑壽命是催化過程的永恒話題．在催化劑活性達到要求的前提下，失活催化劑如果容易再生，結(jié)構(gòu)可恢復(fù)，即可以反復(fù)再生，然后配以合適的反應(yīng)工藝，將可以達到延長催化劑壽命的目的。所以高性能不僅對沸石分子篩材料提出了更高的要求，而且需要催化材料與反應(yīng)工藝、反應(yīng)工程系統(tǒng)進行多尺度的結(jié)合與配合，最終使催化劑在工業(yè)化應(yīng)用中實現(xiàn)高性能。

4、分子篩的結(jié)構(gòu)與其性能

（1） 晶粒大小與形狀的控制

大多數(shù)沸石分子篩的孔道尺寸小于1 nm，小分子有機物在分子篩孔道中反應(yīng)時，擴散會受到一定的限制，從而影響其孔道利用率及催化性能。減小晶粒尺寸和改變晶粒形狀是提高分子擴散性能和孔道利用率的手段，小晶?；蚣{米分子篩比大晶粒分子篩孔道擴散路徑短，其孔道利用率將大大提高，催化活性也將有提高。

（2）多級孔復(fù)合

目前報道的大部分介孔材料都存在著材料熱穩(wěn)定性較差、缺少一定強度的表面酸性中心及酸中心易流失等缺點，其主要原因是盡管上述材料具有有序的介孔孔道，但其骨架為無定形結(jié)構(gòu)。沸石分子篩雖然具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和較強的酸性中心，但存在分子擴散的限制，從而影響其催化反應(yīng)的活性和選擇性。而微孔與介孔或大孔的多級孔復(fù)合材料有望結(jié)合二者優(yōu)點并在實際應(yīng)用中發(fā)揮優(yōu)勢。多級孔沸石分子篩有望用于一些較大分子的催化反應(yīng)及液相催化反應(yīng)中。

（3）共結(jié)晶分子篩

共結(jié)晶分子篩的催化本質(zhì)實際上是孔道與酸性的精細調(diào)變，它是實現(xiàn)提高催化劑性能的一種手段。結(jié)晶分子篩的催化性能有較大幅度的提高，例如ZSM-5／ZSM-11(MFI／MEL)共結(jié)晶分子篩應(yīng)用于MTG反應(yīng)時，可大范圍調(diào)節(jié)汽油組分。

（4）分子篩表面修飾與其水熱穩(wěn)定性提高

熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性是分子篩催化劑需要考察的重要性質(zhì)之一，許多工業(yè)催化反應(yīng)對催化劑的熱穩(wěn)定性，尤其是水熱穩(wěn)定性要求很高，它們往往是決定催化劑壽命和反應(yīng)工藝選擇的關(guān)鍵。以碳四烯烴催化裂解反應(yīng)為例，由于該反應(yīng)在水蒸氣條件下進行，提高催化劑水熱穩(wěn)定性是碳四烯烴催化劑開發(fā)的關(guān)鍵．結(jié)果表明，通過對多孔材料催化活性中心進行磷氧化合物組裝修飾、引入骨架雜原子等，可以提高催化材料在水蒸氣條件下活性中心的穩(wěn)定性。