沸石分子筛在气体分离方面的应用

者在其上的扩散速率差实现空分制氮，

而沸石 分子筛是利用两气体在其表面平衡吸附差异空

分制氧。沸石分子筛选择性地吸附氮气，< /p>

因为与氧气相比，氮气有较强的四极矩，

且氮气的

极化率较大，从而氮气与沸石中的阳离子及其极性表面作用强于氧气（表

1

）。

基于氮气 分子的电四极矩与阳离子的强相互作用，人们进行了许多这方面的研究工作。

NaA

型分子筛经碱土金属离子交换得

CaNaA

，

NaMgA

型等分子筛，当

Na+< /p>

约

75%

被交换下来，

< br>得到

NaMgA276

和

NaC aA275.

尽管

Mg2+

有较大的电 荷密度，

而且

NaMgA276

的

N2

吸附热高

于

N aCaA

的，但是

NaMgA276

不 如

NaCaA275

对

N2

选择性好些，可能

NaMgA

中

N2

分

子能接近的

Mg

所在位置数少于

NaCaA

的。这意味着在

A

型沸石中，即使等量离子交换情< /p>

况下，阳离子所占据的位置可能不同。

继

5A

制氧分子筛工业化后，

1989

年新一代含锂离子的分子筛吸附剂发展起来了。由于

Li+

有最大的电荷密度，

LiA

型分子筛具有更 高的

N2

/O2

选择比及

N2

吸附容量，但热稳定性较

差。于是，

，碱土金属混合阳离子交换后的

A

型分子筛具有较高的

N2

/O2

选择分离系数、

N2

吸附容量和较高的热稳定性。

类似于

A

型分子 筛，

X

型分子筛在工业

N2

分离领域也得到了广泛应用，其中

CaX< /p>

型与

LiCaX

型分子筛已工业化且具有 很高的选择系数。同样，

LiX

型分子筛具有很高的

吸附容

量和

N2

/O2

选择分离系数，但其热稳定性较差，故人们采取混合阳离子交 换（如

Li+/

碱土金

属离子、

Li+/

镧系金属离子及其它三价阳离子），使混合阳离子交换后的沸 石分子筛具有较

好的吸附选择性和较高的热稳定性（表

2

）。

表

2

离子交换后各种沸石的热稳定性和选择性

< /p>

根据

d

区过渡金属离子可与某吸附质形成 化学吸附来提高吸附容量的原理（例如

Ag

离子与

N2

分子可形成

Π

2

配合物提出，少量

Ag

离子的存在可提供弱的 化学吸附以提高

N2

吸附容

量及

N2

/O2

吸附选择分离系数

AN2

/O2

（图

1

）

。

PSA

过程要求吸 附剂在高压下高选择性以利

于吸附分离，低压下低选择性以利于脱附再生，故由图

1

知，

LiAgX

型 分子筛要优于

AgX

型

和

LiX

型分子筛。

X

型沸石是具有立方结构的八面沸石。

硅铝 比高的

X

型沸石有较好的热稳定性，

常 用作催化

剂；

硅铝比低的

X

常用作离子交换剂和吸附剂。

典型的

X

型沸

石，骨架硅铝比 为

1.25

，与

A

型相比具有更大的孔容和孔直径，其骨架负电荷较硅铝比为

1

的

A

型沸石少。

若将

X

型的骨架硅铝比从

1.25

降为接近

1

时，

这种结构仍然不违反< /p>

Lowenstein

规则，就具有与

4 A

型沸石相同的骨架负电并维持

X

型的 孔容、孔直径，这无疑会改善原有

的

A

型沸石和

X

型沸石的吸附性能。

因此， 低硅铝比的

X

型沸石

（

LSX

）

引起了人们的关注。

为了提高其在吸附领域里的应用，人们对

LSX

也进行了各种离 子交换，如锂离子

/

镧系金属

离子及其 它三价阳离子交换所得混合阳离子型

LSX

分子筛，