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沸石与分子筛的区别研究
摘要
随着天然与人工分子筛在化工行
业的应用的推广,
以及各方面的
生产要求的提高,促使分子筛的
研究成为当今的热门。作为初学者,
本文主要围绕沸石、分子筛的不同应用分别从二者的
概念、特征、结
构、性能、用途等几个方面阐述分子筛与沸石的区别。
< br>
关键词
沸石
分子筛
应用
区别
一、简介
1932
< br>年,
McBain
提出了“分子筛”的概念。表示可以在
分子水
平上筛分物质的多孔材料。
虽然沸石只是分子筛的一种,
但是沸石在
其中最具代表性,因此“沸石”和“分子筛”这两个
词经常被混用。
人造沸石是:磺酸化聚苯乙烯;天然沸石:铝硅酸钠。沸石族矿物常
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见于喷出岩,特别是玄武岩的孔隙中,也见于沉积岩、变质岩及热液
矿床和某些近代温泉沉积中。
浙江省缙云县为我国境内沸石储量最高
的地区。
< br>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的分
子尺寸大小(通
常为
0.3nm
至
2.0 nm
)的
孔道和空腔体系,从而具有筛分分子的特
性。然而随着分子筛合成与应用研究的深
入,研究者发现了磷铝酸盐类分子筛,并且分子
筛的骨架元素(硅或
铝或磷)也可以由
B
、
Ga
、
Fe
、
Cr
、
Ge
、
Ti
、
V
、
Mn
、
Co
、
Zn
、
Be
和
Cu
等取代,其孔道和空腔的大小也可达到
< br>2
nm
以上,因此分子筛按
骨
架元素组成可分为硅铝类分子筛、
磷铝类分子筛和骨架杂原子分子
筛;按孔道大小划分,孔道尺寸小于
2
nm
、
2~50
nm
和大于
50
nm
的
分子筛分别称为微孔、
介孔
和大孔分子筛。
由于具有较大的孔径,成
为较大尺寸分子反应的
良好载体,
但介孔材料的孔壁为非晶态,
致使
< br>其水热稳定性和热稳定性尚不能满足石油化工应用所需的苛刻条件。
由于含有电价
较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水,
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
p>
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。目前分子筛在冶金,化工,电
子,石油化工,天然
气等工业中广泛使用。
二,结构
沸石有很多种,已经发现的
就有
36
种。它们的共同特点就是具
有
架状结构,就是说在它们的晶体内,分子像搭架子似地连在一起,
中间形成很多空腔。<
/p>
因为在这些空腔里还存在很多水分子,
因此它们
< br>是含水矿物。这些水分在遇到高温时会排出来,比如用火焰去烧时,
大多数沸石便
会膨胀发泡,
像是沸腾一般。
沸石的名字就是因此而来。
不同的沸石具有不同的形态,
如方沸石和菱沸石一般为轴状晶体,
p>
片
沸石和辉沸石则呈板状,
丝光沸石又成了
针状或纤维状等等。
各种沸
石如果内部纯净的话,它们应该是无
色
或白色,但是如果内部混入了其他杂
质,便会显出各种浅浅的
颜色来。沸石
还具有玻璃样的光泽。我们知道沸石中
的水分可以
跑出来,
但这并不会破坏沸
石内部的晶体结构。
因此,
它还可以再重新吸收水或其他液体。
于是,
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这也成了人们利用沸石的一个特点。
我们可以用沸石来分离炼油时产
生的一些物质,
可以让它使空气变得干燥,
可以让它吸附某些污染物,
净化和干燥酒精等等。
沸石矿物
有很广的分布。
特别多见于由火山碎
屑形成的沉积岩石中,在土
壤中也有发现。
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,<
/p>
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
。
三、
特征
分子筛为粉末状晶体,
有金属光泽,
硬
度为
3
~
5
,
相对密度为
2
~
2.8
,天然沸石有颜色,合成沸石为白色,不溶于水,热稳定性和耐
酸性随着
SiO2/Al2O3
组成比的增加而提高。
分子筛有很大的比表面
积,达
300
~
1000m2/g
,内晶表面高度极化,为一类高效吸附剂,也
是一类固体酸,
表面有很高的酸浓度与酸强度,
能引起正碳离子型的
催化反应。
当组成中的金属离子与
溶液中其他离子进行交换时,
可调
整孔径,
改变其吸附性质与催化性质,
从而制得不同性能的分子筛催
化剂。
沸石是沸石族矿物的总称,
是一种含水的碱金属或碱土金属的铝
硅酸矿物
< br>
。
按沸石矿物特征分为架状、
片状、
纤维状及未分类四种,
按孔道体系特征分为一维、二维、
三维体系。任何沸石都由硅氧四面
体和铝氧四面体组成。四面体只能以顶点相连,即共用
一个
氧原子,
而不能“边”或“面”相
连。铝氧四面体本身不能相连,其间至少有
一个硅氧四面体。而硅氧四面体可以直接相连
。硅氧四面体中的硅,
可被铝原子置换而构成铝氧四面体。
但铝
原子是三价的,
所以在铝氧
四面体中,有一个氧原子的电价没有
得到中和,而产生电荷不平衡,
使整个铝氧四面体带负点。
为了
保持中性,
必须有带正电的离子来抵
消,一般是由碱金属和碱土
金属离子来补偿,如
Na
、
Ca
及
Sr
、
Ba
、
K
、
Mg
等金属离子。由于沸石具有独特的内部结构和结晶化学性质,
因而使沸石
拥有多种可供工农业利用的特性。
世界上已发现的天然沸
石一般
为浅灰色,有时为肉红色。拿在手上明显感到比一般石头轻,
这是因为沸石内部充满了细
微的孔穴和通道,
比蜂房要复杂得多。
假
如把沸石比作旅馆,那么
1
立方微米的这种“超级旅馆”内竟
有
100
万个“房间”
!的这些房间能
根据“旅客”
(分子和离子)的性别、高
矮、胖瘦、嗜好的不同
自动开门或挡驾,绝对不会让“胖子”到“瘦
子”的房间去,
也
不会使高个子与矮个子同住一室。根据沸石的这一
特性,人们用它来筛选分子,
获得很好的效果。这对在工业废液中回
收铜、铅、镉、镍、钼等金属微粒
具有特别重要的意义。沸石具有吸
附性、
离子交换性、
催化和耐酸耐热等性能,
因此被广泛用作吸附剂、
离子交换剂和催化剂,
也可用于气体的干燥、
净化和污水处理
等方面。
沸石还具有“营养”价值。在饲料中添加
5%
的沸石粉,能使禽畜生
长加快,体壮肉鲜,产蛋率高。
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由于沸石的多孔性硅酸盐性质,
小孔中存有一定量的空气,常被用于防暴沸。在加热时,
小孔内的空
气逸出,起到了气化核的作用,小气泡很容易在其边角上形成
。
四、用途
1.
沸石的用途
吸附剂和干燥剂
催化剂
洗涤剂
其他用途:
(污水处理、土壤
改良剂、饲料添加剂)
天然沸
p>
石是一种新兴材料,被广泛应用于工业、农业、国防等部门,并且它
的用途还在不断地开拓。沸石被用作离子交换剂、
吸附分离剂、
干燥
剂、催化剂、水泥混合材料。在石油、化学工业中,用作石油炼制的
催化裂化、
氢化裂化和石油的化学异构化、
重整、
p>
烷基化、
歧化;
气、
液净化、分离和储存剂;硬水软化、海水淡化剂;特殊干燥剂(干燥
空气、氮、烃类等
)
。在轻工行业用于造纸、合成橡胶、塑料、树脂、
涂料充填剂
和素质颜色等。在国防、
空间技术、超真空技术、开发能
源、电
子工业等方面,
用作吸附分离剂和干燥剂。在建材工业中,用
作
水泥水硬性活性掺和料,
烧制人工轻骨料,
制作轻质高强度板材
和
砖。
在农业上用作土壤改良剂,
能起
保肥、
保水、
防止病虫害的作用。
在禽
畜业中,作饲料(猪、鸡)的添加剂和除臭剂等,可促进牲口成
长,提高小鸡成活率。在
环境保护方面,用来处理废气、废水,从废
水废液中脱除或回收金属离子,
脱除废水中放射性污染物。
在医
学上沸石用于血液、尿中氮量的测定。沸石还被开发成为保健用品,
用于抗衰老,
去除体内积累的重金属。
在生产中沸
石常用于砂糖的精
制。
新型墙材(加气混凝土砌块)原料
随着实心粘土砖逐步
退出舞台,新型墙材料应用比例目前已达到
80%
墙体材料生产企业以
粉煤灰、<
/p>
陶粒、
炉渣、
轻质工业废渣、
重质建筑垃圾、
沸石等为主料,
积极开发新型墙体
材料。
分子筛最常用的有:
(一)
、
3A
分子筛
化学式:
2/3K2O
·
1/3Na2O
·
Al2O3
·<
/p>
2SiO2
·
9/2H2O
硅铝比:
SiO2/
Al2O3
≈
2
有效孔径:约3?
应用:
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