分子篩的定義、分類、特點和應(yīng)用

1、分子篩的定義、分類、特點和應(yīng)用目錄一 分子篩的定義二 分子篩的分類三 分子篩的特點四 分子篩的應(yīng)用五 分子篩的生產(chǎn)一 分子篩的定義狹義上講，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相連而形成。廣義上講，結(jié)構(gòu)中有規(guī)整而均勻的孔道，孔徑為分子大小的數(shù)量級,它只允許直徑比孔徑小的分子進(jìn)入,因此能將混合物中的分子按大小加以篩分。Zeolite通常特指Si-Al分子篩。 Molecular sieve 指具有篩分分子能力的材料。對于SAPO，一般用molecular sieve，也用于碳分子篩（非晶體）。二 分子篩的分類分子篩按來源分為有天然沸石和合成沸石兩種。天然沸石大部分

2、由火山凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)沉積巖在海相或湖相環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)而形成。目前已發(fā)現(xiàn)有1000多種沸石礦，較為重要的有35種，常見的有斜發(fā)沸石、絲光沸石、毛沸石和菱沸石等。主要分布于美、日、法等國，中國也發(fā)現(xiàn)有大量絲光沸石和斜發(fā)沸石礦床。分子篩按骨架元素組成可分為硅鋁類分子篩、磷鋁類分子篩和骨架雜原子分子篩；按孔道大小劃分， 小于2 nm 微孔分子篩 250 nm 介孔分子篩 大于50 nm 大孔分子篩按硅鋁比分為A型、X型、Y型等分子篩。 通式為：2O3.xSiO2.yH2O，其中M代表K、Na、Ca等 習(xí)慣上： 1.SiO2/Al2O3摩爾比：2.23.0 叫X型分子篩。 2.SiO2/Al2O3摩爾比

3、：叫Y型分子篩。 型分子篩的硅鋁比接近1：1。氣體行業(yè)常用的分子篩型號； 方鈉型，如A型：鉀A(3A），鈉A(4A），鈣A(5A）； 八面型，如X型：鈣X(10X），鈉X(13X）和Y型：鈉Y，鈣Y； 絲光型，（-M型）：高硅型沸石，如ZSM-5等。 沸石分子篩的主要成分是硅鋁酸鹽， 不同型號的分子篩主要是硅/鋁比不同。 沸石分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物，主要由硅鋁通過氧橋連接組成空曠的骨架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中有很多孔徑均勻的孔道和排列整齊、內(nèi)表面積很大的空穴。此外還含有電價較低而離子半徑較大的金屬離子和化合態(tài)的水。由于水分子在加熱后連續(xù)地失去，但晶體骨架結(jié)構(gòu)不變，形成了許多大小相同的空

4、腔，空腔又有許多直徑相同的微孔相連，這些微小的孔穴直徑大小均勻，能把比孔道直徑小的分子吸附到孔穴的內(nèi)部中來，而把比孔道大得分子排斥在外,因而能把形狀直徑大小不同的分子，極性程度不同的分子，沸點不同的分子，飽和程度不同的分子分離開來，即具有“篩分”分子的作用，故稱為分子篩。目前分子篩在化工，電子，石油化工，天然氣等工業(yè)中廣泛使用。 沸石分子篩型號種類：A型:鉀A(3A)3A分子篩 ,鈉A(4A)4A分子篩, 鈣A(5A)5A分子篩, X型:鈣X(10X)10X分子篩, 鈉X(13X)13X分子篩Y型:,鈉Y,鈣Y3 沸石分子篩 沸石分子篩的特點是它有相當(dāng)均勻的孔徑，如、0.7nm 、1.0 nm

5、細(xì)孔，比孔徑小的分子，可以通過微孔孔口進(jìn)入孔穴內(nèi)，吸附于孔穴表面，并在一定條件下解吸放出；比孔徑大的分子則不能進(jìn)入，從而把分子直徑大小不同的混合分離開來，分子篩由此而得名。 沸石分子篩主要用于化學(xué)工業(yè)的各種原料氣(液)體的干燥及利用分子篩作用來分離正烷烴等。 什么是沸石分子篩 沸石分子篩具有晶體的結(jié)構(gòu)和特征，表面為固體骨架，內(nèi)部的孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之間有孔道相互連接，分子由孔道經(jīng)過。由于孔穴的結(jié)晶性質(zhì)，分子篩的孔徑分布非常均一。分子篩依據(jù)其晶體內(nèi)部孔穴的大小對分子進(jìn)行選擇性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥較大物質(zhì)的分子，因而被形象地稱為“分子篩”。 分子篩吸附或排斥的功能受分子

6、的電性影響。合成沸石具有根據(jù)分子的大小和極性而進(jìn)行選擇性吸附的特殊功能，因而可以對氣體或液體進(jìn)行干燥或純化，這也是分子篩可以進(jìn)行分離的基礎(chǔ)。合成沸石可以滿足工業(yè)界對吸附和選擇特性產(chǎn)品的廣泛需求，在工業(yè)分離中也大量應(yīng)用到合成沸石分子篩。 商品分子篩常用前綴數(shù)碼將晶體結(jié)構(gòu)不同的分子篩加以分類,如3A型、4A型、5A型分子篩。4A型即孔徑4A。含Na+的A型分子篩記作Na-A,若其中Na+被K+置換,孔徑約為3A，即為3A型分子篩；如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置換,孔徑約為5A，即為5A型分子篩。Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置換,孔徑約為5A，即為5A型分子篩。 三 分子篩

7、的特點3.1 結(jié)構(gòu)特點硅氧四面體與鋁氧四面體構(gòu)成骨架相鄰四面體氧橋連成環(huán)（有4,5,6,8,10,12元氧環(huán)等）氧環(huán)通過氧橋相互連接，形成具有三維空間的多面體（，六方柱籠等）不同結(jié)構(gòu)的籠再通過氧橋相互接成各種不同結(jié)構(gòu)的分子篩3.1.1 硅氧四面體和鋁氧四面體 沸石分子篩的基本結(jié)構(gòu)單元是硅氧四面體和鋁氧四面體，它們通過氧橋相互聯(lián)結(jié)。3.1.2 多元環(huán) 由四個四面體形成的環(huán)叫四元環(huán)，五個四面體形成的環(huán)叫五元環(huán)，依此類推還有六元環(huán)、八元環(huán)和十二元環(huán)等3.1.3 籠 各種環(huán)通過氧橋相互連接成三維空間的多面體叫晶穴或孔穴，也有稱為空腔。通常以籠(cage)來稱呼。由籠再進(jìn)一步排列即成各種沸石的骨架結(jié)構(gòu)。

8、 籠有多種多樣，如 立方體( )籠、六方柱籠、 籠、 籠、八面沸石籠等。 籠（立方籠） 籠：由六個四元環(huán)組成，又叫立方體籠六方柱籠六方柱籠：由六個四元環(huán)和兩個六元環(huán)組成 籠可以看作為在離八面體每個頂角1/3處削去六個角而形成的。在削去頂角的地方形成六個正方形(四元環(huán))。原來八個三角面變成正六邊形 (六元環(huán))，頂點成了24個(即24個硅鋁原子)。籠的有效直徑為0.66 nm，空腔體積0.16 nm3，由籠進(jìn)一步連接就可構(gòu)成A型、X型和Y型分子篩?；\示意圖 籠 籠總共由12個四元環(huán)、8個六元環(huán)和6個八元環(huán)組成的26面體。3.2 分子篩的性能特點擇形作用 離子可交換特性 表面酸堿性質(zhì) 靜電場效應(yīng) (

9、二) 分子篩的主要特性 1、物理特性： 比熱：約0.95KJ/KgXK(0.23Kcal/KgX 導(dǎo)熱系數(shù)（脫水物）： 2.09KJ/MXK(0.506Kcal/mX 水吸附熱：約3780KJ/Kg(915Kcal/Kg)2、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性： 分子篩能承受600700的短暫高溫，但再生溫度一般在 400以下。分子篩可在PH值5-10范圍的介質(zhì)中使用；在鹽溶液中能交換某些金屬陽離子。 3、分子篩的特性 分子篩是一類結(jié)晶的硅鋁酸鹽，由于它具有均一的孔徑和極高的比表面積，所以具有許多優(yōu)異的特點。 (1)按分子的大小和形狀不同的選擇吸附作用，即只吸附那些小于分子篩孔徑的分子。 (2)對于小的極性

10、分子和不飽和分子，具有選擇吸附性能，極性越大，不飽和度越高，其選擇吸附性越強。 (3)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(dāng)高的吸水容量。 基本特性 ： a)分子篩對水或各種氣，液態(tài)化合物可逆吸附及脫附。 b)金屬陽離子易被交換。 c)分子篩內(nèi)部空腔和通道形成非常高的內(nèi)表面積。其內(nèi)表面可高于分子篩顆粒的外表面積的 10000-100000倍。 1.根據(jù)分子大小和形狀的不同選擇吸附 分子篩效應(yīng) 分子篩晶體具有蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，晶體內(nèi)的晶穴和孔道相互溝通，并且孔徑大小均勻，固定（分子篩空腔直徑一般在615埃之間），與通常分子的大小相當(dāng)，只有那些直徑比較小的分子才能

11、通過沸石孔道被分子篩吸附，而構(gòu)型龐大的分子由于不能進(jìn)入沸石孔道，則不被分子篩吸附。而硅膠，活性氧化鋁和活性碳沒有均勻的孔徑，孔徑分布范圍十分寬廣，所以沒有篩分性能。 2.根據(jù)分子極性，不飽和度和極化率的選擇吸附 分子篩對于極性分子和不飽和分子有很高的親和力；在非極性分子中，對于極化率在的分子有較高的選擇吸附優(yōu)勢。此外，沸點越低的分子，越不易被分子篩所吸附。 分子篩的高效吸附特性： 分子篩對于H2O 、NH3 、H2S 、CO2 等高分子極性具有很高的親和力，特別是對于水，在低分壓（甚至在 133帕以下）或低濃度，高溫（甚至在 100以上）等十分苛刻的條件下仍有很高的吸附容量。 1.低分壓或低濃

12、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增加，吸附量不斷增加，在相對濕度很低時，它們的吸附量很少。 2.高溫吸附 分子篩是唯一可用的高溫吸附劑。在 100 和1.3 %相對濕度時分子篩可吸附 15%重量的水分,比相同條件下活性氧化鋁的吸水量大 10倍;而比硅膠大20倍以上。所以在較高的溫度下，分子篩仍能吸附相當(dāng)數(shù)量的水分，而活性氧化鋁，特別是硅膠，大大喪失了吸附能力。 3.高速吸附 分子篩對像水等極性分子在分壓或濃度很低時的吸附速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅膠，活性氧化鋁。雖然在相對濕度很高時，硅膠的平衡

13、吸水量要高于分子篩，但隨著吸附質(zhì)的線速度的提高，硅膠的吸水率越來越不如分子篩效率高。 分子篩的離子交換性 分子篩的一個重要性能是可以進(jìn)行可逆的離子交換。通過這種交換，改進(jìn)了分子篩的吸附和催化性能，從而獲得了廣泛的應(yīng)用（如可用于軟化水和廢水處理）。 分子篩的催化性能 分子篩晶體具有均勻的孔結(jié)構(gòu)，孔徑的大小與通常分子相當(dāng)；它們具有很大的表面積。而且表面極性很高；平衡骨架負(fù)電荷的陽離子，可進(jìn)行離子交換；一些具有催化活性的金屬也可以交換導(dǎo)入晶體，然后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。這些結(jié)構(gòu)性質(zhì)，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。 四 分子篩的

14、應(yīng)用 由于沸石的高選擇性、強酸性等表面活性和規(guī)整的孔結(jié)構(gòu)特點,可作為很好的催化材料,因而倍受重視。4.1 擇形作用 沸石分子篩規(guī)正均勻的孔口和孔道使得催化反應(yīng)可以處于一種擇形的條件下進(jìn)行。這就是所謂的擇形催化。 汽油的重整中，為提高汽油中異構(gòu)烷烴的百分比，就可利用適當(dāng)孔徑的分子篩限制異構(gòu)烷烴進(jìn)入孔道，也就是說不讓它們與分子篩的內(nèi)表面接觸，而正構(gòu)烷烴卻可自由出入，并在內(nèi)表面的酸性中心上發(fā)生裂解反應(yīng)而與異構(gòu)烷烴分離。 斜發(fā)沸石毛沸石絲光沸石菱沸石3A分子篩3A分子篩，又稱KA分子篩。3A分子篩的孔徑為3A，主要用于吸附水，不吸附直徑大于3A的任何分子。適用于氣體和液體的干燥，烴的脫水?？蓮V泛應(yīng)用于

15、石油裂解氣,乙烯，丙烯及天然氣的深度干燥。根據(jù)工業(yè)上的應(yīng)用特點，我們生產(chǎn)的分子篩具有更快的吸附速度、更多的再生次數(shù)、更高的抗碎強度及抗污染能力，提高了分子篩的利用效率并延長了分子篩的使用壽命，是石油、化工行業(yè)中氣液相深度干燥、精煉、聚合所必需的首選干燥劑。分子式：0.4K2O 0.6Na2O Al2O3 2.OSiO2 4.5H2O 具體應(yīng)用： 各種液體(如乙醇)的干燥 空氣的干燥 制冷劑的干燥 天然氣、甲烷氣的干燥 不飽和烴和裂解氣、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯的干燥。注意事項：分子篩在使用前應(yīng)防止預(yù)吸附水、有機氣體或液體，否則，應(yīng)予以再生。再生： 1.脫除水分：視再生氣的壓力、溫度、含水量而定

16、。一般情況下，200350干燥氣體在平方厘米壓力下，通過分子篩床層34小時，使出口溫度到110180，冷卻。 2.脫有機物：用水蒸氣代替有機物，然后脫除水份。 儲存： 室溫，相對濕度不大于90%的室內(nèi)：避免水、酸、堿、隔絕空氣，密閉保存。 水分子的半徑小于3A分子篩的孔徑，可以被3A分子篩吸附。 4A分子篩4A分子篩的孔徑為4A，吸附水，甲醇、乙醇、硫化氫、二氧化硫、二氧化碳、乙烯、丙烯，不吸附直徑大于4A的任何分子（包括丙烷），對水的選擇吸附性能高于任何其他分子。是工業(yè)上用量最大的分子篩品種之一。其主要適用于氣體，液體的干燥。可吸附H2O,NH3,H2S,CO2，SO2，CO，氯甲烷，溴甲烷

17、，乙炔，乙烷，乙烯，丙烯等。廣泛用于油田伴生氣，天然氣等的干燥。也廣泛用于乙醇的脫水。 分子式：Na2OAl2O32.0SiO24.5H2O應(yīng)用：*空氣、天然氣、烷烴、制冷劑等氣體和液體的深度干燥。*氬氣的制取和凈化。*藥品包裝、電子元件和易變質(zhì)物質(zhì)的靜態(tài)干燥。*油漆、燃料、涂料中作為脫水劑。 *用于天然氣以及各種化工氣體和液體、冷凍劑、藥品、電子材料及易變物質(zhì)的干燥，氬氣純化，甲烷、乙烷、丙烷的分離。再生： 1.脫除水分：視再生氣的壓力、溫度、含水量而定。一般情況下，200350干燥氣體在平方厘米壓力下，通過分子篩床層34小時，使出口溫度到110180，冷卻。 2.脫有機物：用水蒸氣代替有機

18、物，然后脫除水份。 有沒有合適的分子篩將氮氣和氧氣完全吸附掉答案是:4A分子篩 4A分子篩的具體應(yīng)用1.日化-滌劑助劑：4A分子篩作為洗滌劑助劑的作用主要是交換水中的鈣離子產(chǎn)生軟化水，去除污垢和防止污垢再沉積。4A分子篩是目前代磷助洗劑中應(yīng)用最多和應(yīng)用最成熟的產(chǎn)品。4A分子篩替代三聚磷酸鈉作洗滌助劑對解決環(huán)境污染有著重大作用。4A分子篩還可用作香皂的成型劑、牙膏的摩擦劑等。 2.環(huán)保-污水處理：4A分子篩可以去除污水中的NH3-N及Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+等。工農(nóng)業(yè)、民用及水產(chǎn)畜牧業(yè)排出的污水中含有氨態(tài)氮，不僅危害魚類等的生存、污染內(nèi)養(yǎng)殖環(huán)境，而且促進(jìn)藻類生長，導(dǎo)致江河湖泊的阻塞

19、。由于4A分子篩對NH4+的高選擇交換性，已成功應(yīng)用于該領(lǐng)域。來源于金屬礦山、冶煉廠、金屬表面處理和化學(xué)工業(yè)等部門排放的污水，其中所含重金屬離子對人體危害極大。用4A分子篩處理這些污水除了能保證水質(zhì)合格外，還能回收重金屬。 3.其他用途：（1）水處理-硬水軟化劑,可以代替目前我國廣泛使用的磺化煤，從而降低成本； （2）冶金工業(yè)-分離劑,分離、提取鹵水中的鉀、銣、銫等。在工業(yè)上用于富集、分離和提取金屬等工藝過程； （3）石化工業(yè)-催化劑、干燥劑、吸附劑 ； （4）農(nóng)業(yè)-土壤改良劑 ； （5）醫(yī)藥-載銀沸石抗菌劑。 5A分子篩5A分子篩的孔徑為5A，一般稱為鈣分子篩。能吸附小于該孔徑的任何分子，主

20、要應(yīng)用于正異構(gòu)烴分離、變壓吸附分離及水和二氧化碳的共吸附，基于5A分子篩的工業(yè)應(yīng)用特點，我們生產(chǎn)的5A分子篩選擇吸附性高、吸附速度快、特別適用于變壓吸附，可適應(yīng)各種大小的制氧、制氫、制二氧化碳等氣體變壓吸附裝置，是變壓吸附行業(yè)中的精品。它除具有3A，4A分子篩所具有的功效外，還可吸附C3C4正構(gòu)烷烴，氯乙烷，溴乙烷,丁醇等?？蓮V泛用于制氧工業(yè)中吸附水分，二氧化碳及一些有機氣體。 分子式：0.70CaO0.30Na2OAl2O32.0SiO24.5H2O 具體應(yīng)用：變壓吸附?？諝鈨艋撍投趸肌Ｗ⒁馐马棧悍肿雍Y在使用前應(yīng)防止預(yù)吸附水、有機氣體或液體，否則，應(yīng)予以再生。 再生： 1.脫除水分：

21、視再生氣的壓力、溫度、含水量而定。一般情況下，200350干燥氣體在平方厘米壓力下，通過分子篩床層34小時，使出口溫度到110180，冷卻。 2.脫有機物：用水蒸氣代替有機物，然后脫除水份。 10X分子篩化學(xué)式：4/5CaO1/5Na2OAl2O3（2.80.2) SiO2（6-7)H2O 硅鋁比：SiO2/ Al2O32.6-3.0 13X分子篩13X分子篩的孔徑10A，吸附小于10A 任何分子，可用于催化劑協(xié)載體、水和二氧化碳共吸附、水和硫化氫氣體共吸附，主要應(yīng)用于醫(yī)藥和空氣壓縮系統(tǒng)的干燥，根據(jù)不同的應(yīng)用有不同的專業(yè)品種。具體應(yīng)用：空氣分離裝置中氣體凈化，脫除水和二氧化碳。天然氣、液化石油

22、氣、液態(tài)烴的干燥和脫硫。一般氣體深度干燥。分子式：空分專用分子篩13X空氣分離專用分子篩是為滿足深冷空分行業(yè)的特殊要求，進(jìn)一步提高分子篩對二氧化碳和水的吸附能力，避免空分過程中出現(xiàn)凍塔現(xiàn)象而生產(chǎn)的專用分子篩，本產(chǎn)品適用于各種大小的深冷空氣分離裝置。具體應(yīng)用：深冷法制氧制氮中將空氣當(dāng)中的水和二氧化碳清除干凈。分子式： 富氧分子篩5A小型富氧分子篩是一種特制的5A分子篩，是專為醫(yī)療保健制氧機而生產(chǎn)的，該分子篩具有制氧純度高、速度快、使用壽命長的特點，是5A分子篩在醫(yī)療保健行業(yè)的一個重要應(yīng)用。 技術(shù)指標(biāo): 該富氧分子篩在二塔工藝流程上（每塔分子篩裝填量為，粒度大小為），在吸附壓力，常壓解吸，空氣流量

23、為40NL/分的條件下，富氧性能如下：性能指標(biāo):XH系列制冷劑專用分子篩XH-5分子篩主要用于R12、R22制冷劑的干燥和凈化，提高制冷效果。 XH-7分子篩適用于冰箱、冰柜、空調(diào)用新型制冷劑R-134a及丁烷等制冷劑的脫水干燥。 XH-9分子篩適用于車船等用空調(diào)及冰箱冰柜等新型制冷劑的脫水干燥，是一種通用型的制冷劑用干燥劑。 中空玻璃專用分子篩中空玻璃通用型分子篩可以同時吸附中空玻璃中的水分和殘留有機物，使中空玻璃即使在很低溫度下仍然保持光潔透明，同時，能充分降低中空玻璃因季節(jié)和晝夜溫差巨大變化所承受的強大內(nèi)外壓力差，徹底解決普通中空玻璃干燥劑易使中空玻璃膨脹或收縮而導(dǎo)致的扭曲破碎問題，充分延長中空玻璃的使用壽命。 主要用途： 吸附掉生產(chǎn)時密封于中空玻璃空氣層內(nèi)的水分及雜物。 在中空玻璃壽命期內(nèi)連續(xù)吸附進(jìn)入空氣層內(nèi)的水分，以保持和穩(wěn)定中空玻璃內(nèi)的低露點。 使用惰性氣體