分子筛
分子筛介绍
4A分子筛简介:
• 化学式： Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O
• 硅铝比：SiO2/ Al2O3≈2 • 有效孔径：约4A
4A分子筛
4A分子筛的应用:
一.日化----涤剂助剂： 1、作为洗涤剂助剂的作用主要
是交换水中的钙离子产生软化 水，去除污垢和防止污垢再沉 积。 2、替代三聚磷酸钠作洗涤助剂 对解决环境污染有着重大作用。 3、用作香皂的成型剂、牙膏的 摩擦剂等。
4A分子筛的应用：
三.其他用途： 1、水处理----硬水软化剂,可以
代替目前我国广泛使用的磺化煤， 从而降低成本。
2、冶金工业----分离剂,分离、 提取卤水中的钾、铷、铯等。在工 业上用于富集、分离和提取金属等 工艺过程。
3、石化工业----催化剂、干燥 剂、吸附剂 。
4、农业----土壤改良剂 。 5、医药----载银沸石抗菌剂。
13X分子筛简介：
• 化学式： Na2O·Al2O3·（2.8±0.2） SiO2·（6-7）H2O
• 硅铝比：SiO2/AL2O3≈2.6-3.0 • 有效孔径：约10A
13X分子筛应用：
1、空气分离装置中气体净化， 脱除水和二氧化碳。
2、天然气、液化石油气、液态 烃的干燥和脱硫 。
3、一般气体深度干燥 。
10X分子筛简介：
• 化学式： 4/5CaO·1/5Na2O·Al2O3·（2 .8±0.2) SiO2·（6-7)H2O
• 硅铝比：SiO2/ Al2O3≈2.63.0
• 有效孔径：约9A
10X分子筛应用：
能吸附直径小于9Å的异构 烷烃、芳烃、环烷烃，用于粗 液体石蜡精制时，能优先选择 吸附分离掉粗石蜡中氮化物， 有机酸、硫化物及芳烃等极性 化合物，从面使上述极性化合 物中精液体分离出来。
分子筛简介
硅氧四面体 SiO4 和铝氧四面体 AlO4 以 Si 或 Al 原子为中心的正四面体
O2-
Si4+ 或 Al3+
2、环结构
硅 铝 氧四面体通过氧桥连接成环
每个顶点代表一个硅原子或者铝原子 每条边代表一个氧桥
由4个四面体形成四元环,5个四面体形成五元环,依此类推还有六元环、八元环、十元环、十二元环和十八元环等 注意：多元环上的原子可能不在同一平面上,有扭曲和褶皱, 因此同种氧环的孔口的大小是有一定变化的
4、化学组成
由于 Al3+ 三价、AlO4 四面体有过剩负电荷,金属阳离子 Na+ 、K+、Ca2+、Sr2+、Ba2+ 的存在使其保持电中性
1 2 5
低硅 中硅 高硅分子筛
二、分子筛的结构构型
基本结构单元是硅氧四面体 SiO4 和铝氧四面体 AlO4 硅 铝 氧四面体通过氧桥连接成环 环通过氧桥连接成三维空间的多面体 笼 笼通过氧桥连接成分子筛
四面体
环
笼
分子筛
硅 铝 氧三维骨架结构具有大量的孔隙 晶穴、晶孔、孔道 ,可以容纳金属阳离子和水分子 —— 阳离子交换与脱水
4、分子筛结构
不同结构的笼通过氧桥连接成各种结构的分子筛
A型分子筛
骨架： 笼的6个四元环通过氧桥相互连接 连接处形成 笼 主晶穴 孔穴 ： 8个 笼和8个 笼围成一个 笼 最大窗孔：八元环,孔径 0.41 nm 孔道： 笼之间通过八元环沿三个晶轴方向互相贯通,形成三维孔道
不同吸附剂对水的吸附等压线
择形 选择 吸附 根据分子大小和形状的选择吸附 根据分子极性和不饱和度的选择吸附
不同气体在4A上的吸附等温线
分子筛的原理及应用
分子筛的原理及应用一、分子筛的基本原理分子筛是一种多孔材料，具有特殊的分子吸附能力。
它的基本原理是通过固定在晶体结构中的孔道，使分子只能以特定尺寸和形状通过。
这种选择性吸附的原理使得分子筛在各种领域有广泛的应用。
二、分子筛的分类根据孔径和孔型的不同，分子筛可以分为不同的类型，常见的有沸石型、合成型、硅铝酸盐型等。
2.1 沸石型分子筛沸石型分子筛的主要成分是沸石类矿物，具有三维的网状结构。
它的孔径较大，常用于吸附分离和催化反应。
2.2 合成型分子筛合成型分子筛是人工合成的，可以根据需要进行调控，孔径和孔型可以根据实际应用进行设计。
2.3 硅铝酸盐型分子筛硅铝酸盐型分子筛是以硅铝酸盐为主要成分的分子筛，具有较高的热稳定性和高孔容量。
三、分子筛的应用分子筛广泛应用于许多领域，包括化学、环境、能源等。
下面列举了一些常见的应用领域和具体应用案例：3.1 化学领域•吸附分离：分子筛可以根据不同的孔径和孔型，实现对不同分子的吸附分离，例如对气体、液体的分离。
•催化剂：分子筛可以作为催化剂的支撑材料，提高催化反应的效率。
•吸附剂：分子筛可以用作吸附剂，用于去除废水中的有机物和重金属离子。
3.2 环境领域•污水处理：分子筛可以用于污水处理，去除其中的有机物和重金属离子。
•空气净化：分子筛可以用于空气净化，去除其中的有害气体和颗粒物。
3.3 能源领域•甲烷捕获：分子筛可以用于甲烷捕获，提高天然气的收集和利用效率。
•燃料电池：分子筛可以作为燃料电池中的离子传输材料，提高燃料电池的性能和稳定性。
3.4 生物医药领域•药物吸附和释放：分子筛可以用于药物的吸附和释放，控制药物的释放速率。
•体外脱水：分子筛可以用于体外脱水，去除体内多余水分。
四、总结分子筛作为一种多孔材料，具有特殊的分子吸附能力，在化学、环境、能源等领域有广泛的应用。
通过选择性吸附不同尺寸和形状的分子，分子筛可以实现吸附分离、催化反应和污水处理等功能。
分子筛的应用不仅可以提高生产效率，还可以改善环境质量和提高能源利用效率。
分子筛
催化剂及其作用机理二分子筛催化剂1.分子筛的概念分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的孔隙结构。
分子筛中含有大量的结晶水，加热时可汽化除去，故又称沸石。
自然界存在的常称沸石，人工合成的称为分子筛。
它们的化学组成可表示为Mx/n[(Al3O2)x·(SiO2)y] ·ZH2O式中M是金属阳离子，n是它的价数，x是Al3O2的分子数，y是SiO2分子数，Z是水分子数，因为Al3O2带负电荷，金属阳离子的存在可使分子筛保持电中性。
当金属离子的化合价n = 1时，M的原子数等于Al的原子数；若n = 2，M的原子数为Al原子数的一半。
常用的分子筛主要有：方钠型沸石，如A型分子筛；八面型沸石，如X-型，Y-型分子筛；丝光型沸石（-M型）；高硅型沸石，如ZSM-5等。
分子筛在各种不同的酸性催化剂中能够提供很高的活性和不寻常的选择性，且绝大多数反应是由分子筛的酸性引起的，也属于固体酸类。
近20年来在工业上得到了广泛应用，尤其在炼油工业和石油化工中作为工业催化剂占有重要地位。
2.分子筛的结构特征（1）四个方面、三种层次：分子筛的结构特征可以分为四个方面、三种不同的结构层次。
第一个结构层次也就是最基本的结构单元硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（AlO4），它们构成分子筛的骨架。
相邻的四面体由氧桥连结成环。
环是分子筛结构的第二个层次，按成环的氧原子数划分，有四元氧环、五元氧环、六元氧环、八元氧环、十元氧环和十二元氧环等。
环是分子筛的通道孔口，对通过分子起着筛分作用。
氧环通过氧桥相互联结，形成具有三维空间的多面体。
各种各样的多面体是分子筛结构的第三个层次。
多面体有中空的笼，笼是分子筛结构的重要特征。
笼分为α笼，八面沸石笼，β笼和γ笼等。
（2）分子筛的笼：α笼：是A型分子筛骨架结构的主要孔穴，它是由12个四元环，8个六元环及6个八元环组成的二十六面体。
笼的平均孔径为1.14nm，空腔体积为760[Å]3。
分子筛
1.23
1.23 2.45 5.00 31.00
2.5
2.5 4.9 10 ＞30
0.8～0.9
0.9～1.0 0.9～1.0 0.58～0.70 0.52～0.58 7
⑵分子筛的结构
①、硅（铝）氧四面体（一级结构单元）
O O Si O O 硅 四 体 氧 面 （ 面 ） 平 图 硅 四 体 体 氧 面 立 图 表 硅 示 ， 表 氧 示 ）
一个α笼的周围有八个β笼和十个γ笼。α笼和β笼是通过六元环互相
沟通的。同时，一个α笼的周围还有与其相邻的α笼。它们是通过八元环相 互沟通的。八元环是A型分子筛的主晶孔，其孔径为0.45nm，所以是A型分子
筛主要的孔径.
当阳离子不同时，主要通道的孔径也会有变化。
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α 笼最大孔口为八元环，A型沸石的单胞组成：
M / n [(AlO2 ) p (SiO2 )q ] yH2O
5
＆ 各种分子筛的区别，首先表现在化学组成上的不同， 而化学组成上的区别最主要的在于硅铝比的不同。
A型分子筛，m＝2；X型分子筛，m＝2.1－3.0 Y型分子筛，m＝3.1-6.0；丝光沸石，m＝9－11
＆ 一般硅铝比m增加，耐酸性和耐热性增加，耐碱 性降低。硅铝比不同，分子筛的结构和表面酸性 质也不同。
体共同组成的，称为立方八面体。
β笼互相连接就可形成A型、X型和Y型分子筛，它是这些型式分 子筛晶体结构的基础。
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描述分子筛空间结构的常见概念
晶穴与外部或其它晶穴相通的部位，称作晶孔，也叫做孔、孔口、窗口、 晶窗等。 沸石结构中多面体通过所有的面与外部或其它多面体相结，因此组成晶穴 的每一个多元环都可以看作是晶孔。沸石中主晶穴与主晶穴相通的部位是围着 主晶穴的多元环称为该沸石的主晶孔。例如：A型沸石的主晶孔是八元环，X、 Y型沸石的主晶孔是十二元环。 由晶穴按一定规则堆积而成的分子筛晶体骨架，相邻的晶穴之间是由晶 孔互相沟通的，这种由晶穴和晶孔所形成的无数通道，就叫做孔道，也称通道。
分子筛
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几种常见分子筛型号、化学组成及孔径大小
型号 3A 4A 5A
单胞典型化学组成 K64Na32[(AlO2)96(SiO2)96]216H2O Na96[(AlO2)96(SiO2)96 ]216H2O Ca34Na28[(AlO2)96(SiO2)96]216H2O
n(Si)/n(Al) 1 1 1
M p / n [( AlO2 ) p (SiO2 )192 p ] yH2O
典型X型分子筛晶胞化学式为：
Na86 [( AlO2 )86 (SiO2 )106 ] 264H 2O
实际上根据SiO2/Al2O3比的不同，晶胞化学式也会有差别。 典型Y型沸石分子筛晶胞化学式为：
Na56 [(AlO2 )56 (SiO2 )136 ] 264H 2O
1.23
1.23 2.45 5.00 31.00
2.5
2.5 4.9 10 ＞30
0.8～0.9
0.9～1.0 0.9～1.0 0.58～0.70 0.52～0.58 7
⑵分子筛的结构
①、硅（铝）氧四面体（一级结构单元）
O O Si O O 硅 氧 四 面 体 （ 平 面 图 ） 硅 氧 四 面 体 立 体 图 表 示 硅 ， 表 示 氧 ）
2
沸石分子筛的命名
天然沸石很早以前（1756年）就被发现。当时只有两类分子筛材料是 已知的：天然沸石和活性炭。 沸石常被用来描述各种多孔化合物，按孔道体系特征分为一维、二维、 三维体系。其结构是由SiO4和AlO4四面体基元通过桥氧彼此交联而建立起
来的。晶体内部各点作规整、有序的排列。
1932年，McBain才提出了“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。 常用名：沸石、分子筛、晶体铝硅酸盐、分子筛沸石、沸石分子筛。
分子筛
分子筛分子筛（又称合成沸石）是一种硅铝酸盐多微孔晶体，它是由SiO和AIO四面体组成和框架结构。
在分子筛晶格中存在金属阳离子（如Na，K，Ca等），以平衡四面体中多余的负电荷。
一、分子筛的类型按其晶体结构主要分为：A型，X型，Y型等。
A型主要成分是硅铝酸盐，孔径为4A（1A=10 -10米），称为4A （又称纳A型）分子筛；用Ca2+交换4A分子筛中的Na+，形成5A的孔径，即为5A（又称钙A型）分子筛；用K+交换4A分子筛的Na+，形成3A的孔径，即为3A（又称钾A型）分子筛。
X型硅铝酸盐的晶体结构不同（硅铝比大小不一样），形成孔径为9—10A的分子筛晶体，称为13X（又称钠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（又称钙X型）分子筛。
Y型 Y型分子筛具有X型分子筛烃似的晶体结构，但化学组成不同（硅铝比较大）通常用于催化领域。
二、分子筛的主要特性1、物理特性：比热：约0.95KJ/KgXK(0.23Kcal/KgX℃导热系数（脱水物）：2.09KJ/MXK(0.506Kcal/mX℃水吸附热：约3780KJ/Kg(915Kcal/Kg)2、热稳定性和化学稳定性：分子筛能承受600—700℃的短暂高温，但再生温度一般在400℃以下。
分子筛可在PH值5-10范围的介质中使用；在盐溶液中能交换某些金属阳离子。
三、分子筛的特性分子筛是一类结晶的硅铝酸盐，由于它具有均一的孔径和极高的比表面积，所以具有许多优异的特点。
(1)按分子的大小和形状不同的选择吸附作用，即只吸附那些小于分子筛孔径的分子。
(2)对于小的极性分子和不饱和分子，具有选择吸附性能，极性越大，不饱和度越高，其选择吸附性越强。
(3)具有强烈的吸水性。
哪怕在较高的温度、较大的空速和含水量较低的情况下，仍有相当高的吸水容量。
3．1、基本特性：a)分子筛对水或各种气，液态化合物可逆吸附及脱附。
b)金属阳离子易被交换。
分子筛
分子筛的科学和工学分子筛是少见的具有广泛应用领域的机能性物质，分子筛具有吸附作用，离子交换作用，催化作用，被广泛应用于化工和其他工程领域。
多孔材料的孔道大小分类：分子筛的构造：Zeolite: 结晶型多孔质硅铝酸盐的总称。
1756年从天然矿物中发现的 基本结构单位是四面体构造的(SiO 4)4-或者(AlO 4)5-单位(统称TO 4) 。
一个TO 4单位有四个顶点氧，这四个顶点氧分别和相邻的四个TO 4单位的顶点氧共享，逐步连成三维结构，形成结晶。
这种结晶物质具有多孔性，孔道入口处直径为0.4-0.8nm ．由于比孔道口小的分子可以进入孔道内，而比孔道口大的分子无法进入孔道．所以这种物质具有筛分分子的作用，称为分子筛．1.除Al 3+之外，3价或4价元素引入硅酸盐的骨骼，可以形成和硅铝酸盐具有同样结晶构造的金属硅酸盐．2.组成为AlPO 4的与分子筛同样多孔构造的磷铝酸盐多孔结晶体．分子筛是硅铝酸盐特有的构造，其他多种氧化物可以构成同样的结晶型多孔构造．组成一个TO4单位有四个顶点氧，这四个顶点氧分别和相邻的四个TO4单位的顶点氧共享，逐步连成三维结构，形成结晶。
Tectosilicate: 网硅酸盐．SiO2以Al3+置换骨骼中的部分Si4+时, 骨架结构呈负电性，必须在结构中引入其他阳离子如Na+,H+, Ca2+等, 补足正电荷，组成为M n Al n Si1-n O2(M为1价阳离子).International Zeolite Association, IZA 分子筛或分子筛类似物的必要条件：形成敞开3维网络体系的化合物，组成为ABn (n≈2), A成4根键，B成2根键，骨骼密度在20.5（TO4单位）以下的物质．骨骼密度：1nm3内T(含Si和Al)原子数总合．骨骼密度在21以上的物质被称为致密网硅酸盐．氧化物以外的物质也可以放在分子筛类似物的范畴． 分子筛(沸石)命名：天然矿物沸石人工合成分子筛天然沸石命名：(1)矿物学家和化学家的名字Faujasite(FAU):France(矿)B.Faujas de Saint-Fond (1741~1819) Ferrierite(FER):Canada(矿)W.F.Ferrier(1865~1950)Gmelinite(GME):German(化)C.G.Gmelin(1792~1860)Heulandite(HEU):British(矿)J.H. Heuland(1778~1856)Offretite(OFF):France(?)A.J.J.Offret(1857~)Paulingite(PAU):USA(化)L.C.Pauling(1901~1994)(2)产地命名Bikitait(BIK):津巴布韦Bikita Goosecreekite(GOO): USA Virginia state Goose Greek Quarry Mordenite(MOR,丝光沸石):Canada nava scoot state morden(3)形态组成命名(希腊语) Analcime(ANA):无Chahazite(CHA,菱沸石): 冰雹Erionite(ERI):羊毛Stibite(STI,束沸石):光泽合成沸石命名：主要有研制的公司和大学等研究机构命名。
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分子筛
33130215
高红雪
分子筛是指具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当的一类物质。
分子筛的应用非常广泛，可以作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等，但是使用化学原料合成分子筛的成本很高。
常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小（通常为0.3~2 nm）的孔道和空腔体系，因吸附分子大小和形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力。
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，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。
美国科学家发现，通过调整温度，能够精确地控制一种钛硅酸盐材料中的孔洞大小，制造出精密的新型分子筛。
一些晶体材料内部有着大量均匀的微孔，尺寸比孔洞小的分子能够穿过，而大分子不能穿过，因此可以起到分离不同分子的作用，这类材料被称为分子筛。
分子筛可以通过诸多方法合成：水热合成法、水热转换法、离子交换法等方法。
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。
多孔材料在许多领域有着广泛的应用，如微孔分子筛作为主要的催化材料、吸附分离材料和离子交换材料，在石油加工、石油化工、精细化工以及日用化工中起着越来越重要的作用。
于吉红院士主要向我们介绍了她的研究方向和成果：
1. 新型无机微孔晶体材料的合成、结构及性能研究。
采用水热/溶剂热、微波、组合化学等合成途径，开发具有特殊孔道结构（超大孔、手性孔道等）、特殊骨架组成及特殊聚集态（纳米粒子、特殊晶貌、膜等）的无机微孔晶体材料的合成。
进一步研究所制备材料在光、电、磁、催化、离子交换及分离等方面的性能。
2. 无机微孔材料的晶化机制研究。
研究无机微孔材料晶化过程中的模板效应及生成机制。
3. 微孔无机晶体材料的定向设计合成。
开发无机微孔晶体材料定向设计与合成的方法与路线。
介绍过研究成果后，于吉红院士又向我们讲述了她的学习成长经历，让我们更加真实地了解了科学家的成长过程。
在初步了解了分子筛的同时，也让我对学科研究充满信心与期待。