FAU型分子筛的铵离子交换
分子筛简介
制冷剂分子筛
制冷剂干燥剂的选择要求 ⑴制冷剂除了吸附水之外，不吸附任何其它物质。
⑵制冷剂与吸附剂之间不起任何化学反应，并不影 响制冷剂的化学稳定性。 ⑶要求露点控制较低。
⑷要求磨耗特别低。
制作流程
A型分子筛的制备流程示意图
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分子筛起源
后来，在沉积岩中又发现有大量的天然沸石存在，由于这些 沸石矿床多是处于地表附近，所以又推断它们可以在不太高的温 度和压力下生成。特别是在研究三叠纪地层中沸石的成岩作用时， 发现沸石在生成时呈现有某种程度的化学平衡状态，因此可以把 它们看作是一种矿物的相，叫做沸石相。这种沸石相是一种介稳 态。沸石相的平衡过程非常近似于低温水热合成过程。因此，人 们就进行了大胆的试探，采用低温水热合成技术进行沸石的合成 研究，不久就合成出首批低硅沸石。低温水热合成技术的应用， 为大规模的工业生产提供了有利的条件，到1954年末，A型分子 筛和X型分子筛开始工业性生产。这些合成沸石在气体的吸附分 离与净化，石油炼制与石油化工中众多的催化过程以及在离子交 换等领域得到广泛的应用。
分子筛吸附性能特点
较高的比表面和吸附容量
根据分子大小和形状的选择性吸附 根据分子极性、不饱和度和极化率的选择吸附 分子筛的高效吸附特性 离子交换性
催化特性
较高的比表面和吸附容量
分子筛晶体的大量孔穴和孔道，使其具有很大的比 表面积，因此色散力强。结构比较空旷的沸石与活性炭 的比表面积(800～1050m2/g)相近，结构空旷度较低的沸 石也与微孔硅胶 (500 ～600m2/g)相近，都明显高于活性 氧化铝的比表面积 (200 ～ 400m2/g)。又因为晶体内部各 种构造形式的笼内充填着阳离子，并且硅(铝)氧四面体骨 架也有负电荷，在这些离子周围形成强大的电场，从而 还有强大的静电引力。晶体内外表面过剩自由能所决定 的色散力和这种静电引力的存在，使得沸石有优良的吸 附性能。
择形分子筛无铵交换技术的开发和应用
替代 铵盐介 质 ， 大 幅 度 地 降低 了 生产 过 程 中的 高 较 氨氮废 水量 ， 降低 了企 业 污 水 处 理 成 本 。 以该 技术 在超稳 分子筛 生产 中 的流 程 和 参 数 为基 础 ， 交换 对
ｔ ｉ
成品
介质种类 、 浓度等进行了必要 的试验探索 ， 并对系统
配套完善 后 ， 择形 分 子 筛 交 换 工 序 采用 非 铵 盐 类 在
ｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｓ ｗａ ｅ ｔ ａｍｅ ｔ ｅ ｐ ｎ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｃ ｓ ， ｔｅ ｅ ｏ ｏ ｃ ｅｆ ｉｎ ｙ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｃａ ｅ ｕ ｅ ｈ ｅ ｇ ｒ ｔ ｎ ｘ ｅ ｓ ｎ ｈ ｒ ｄ ｃｉ ｏ ｔ ｈ ｃ ｎ ｍｉ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｈ ｏ ｉｌ ｅ ｏ ｉ
交换介质代替铵盐介 质进行择形分 子筛生 产， 在保证产品质量的前提下 实现择型分子 筛无铵交换 ， 交换 污水全部 直接排放 ， 缓解 了企业氨氮处 理装置压力 ， 降低 污水处理费用和生产成本 ， 经济效益和社 会效益显著 。
关键词 ：择 型 ； ： 分子筛 ； 无铵 ； 交换
中图码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ８— ２ Ｘ（０ ０ ０ ０ ４ ０ １０ ０ １ ２ １ ）２— ０ １— ２
ｅ ｃｅ ｃ ｒ ｅ ｒ ａ ｅ ｉ ｆ ｉｎ ｙ ｗｅ ｅ ｒ ｍａ ｋ ｂｌ． Ｋ ｅ ｏ ｄｓ：ｅｅ ｔ ｅ； ｌｃ ｌ ｒｓｅ ｅ； ｏ —ａ ｙｗ ｒ ｓ ｌｃ ｉ ｍｏ ｅ ｕ ａ ｉｖ ｎ ｎ ｖ ｍｍｏ ｉ ｍ ； ｘ ｈａ ｇ ｎｕ ｅｃ ｎ ｅ
１ 前 言
交换 、 性 ， 改 干燥 、 烧 处 理 后 ， 到合 格 择 型 分 子 焙 得 筛 。其 中交换 工序 使用 铵盐 交 换介质 以保证 钠离 子
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。
分子筛
《催化作用原理》第二章作业对不同分子筛结构的总结1.A型分子筛（LAT）的结构A型分子筛（LAT）由一下三个基本结构组成（如图1所示）：图1.A型分筛（LAT）基本组成结构A型分子筛（LAT）的基本晶胞组成：中间是图1中的lat结构，其八个角处的六元环在接八个sod结构，sod结构与lat结构中的四圆环以d4R结构连接，形成的立体结构如图2所示。
立体图平面截图图2.A型分子筛（LAT）的晶胞立体结构2.A型分子筛的应用A型分子筛具有较强的吸水性，利用其固有的特点，制成的A型分子筛膜具有很好的脱水性能。
例如，用A沸石膜采用全蒸发分离醇—水混合物。
由均质溶液在大孔氧化锆复合物载体上制备出片状和管状的NaA沸石膜。
KA沸石膜是从钠型通过离子交换而得。
通过全蒸发测试了这些膜从异丙醇/水混合物中脱出水的性能，Na型和K型A沸石都有高选择性，热处理温度达150℃时膜的性能不受影响。
1、Y型分子筛（FAU）的结构Y型分子筛（FAU）由以下两个结构组成（如图3所示）：图3.Y型分筛（FAU）基本组成结构Y型分子筛（FAU）的立体结构组成：sod结构和d6R结构相互连接形成一个十二圆环，四个十二圆环近似按四面体的各个面排列形成一个晶胞。
晶胞间相互连接排列形成了层状结构。
如图4所示。
图4.Y型分子筛（FAU）的晶胞及立体结构2、Y型分子筛的应用FAU型沸石分子筛是硅铝酸盐结晶体，由于其孔径较大(O．74 rim)，将其生长在多孔陶瓷等载体上则形成不同于其他沸石膜的大孔分子筛膜，适用于对较大分子的分离和石油化工、精细化工领域。
且由于其孔径可调，是通过物理和化学方法修饰获得不同孔径的分子筛膜的理想材料，受到国内外膜科技工作者的重视。
FAU型沸石膜根据其Si／A1比的不同，分为NaX型沸石膜和NaY型沸石膜，当硅铝比在1．5以下时，称为NaX型沸石膜；当硅铝比大于1。
5时，称为NaY型沸石膜。
物质的结构决定性能，NaY 分子筛相对均匀的、发达的孔结构，离子交换后保留的丰富的质子酸位使其酸催化作用成为可能。
FAU沸石分子筛及其膜的合成与表征
FAU沸石分子筛及其膜的合成与表征沸石分子筛是一类具有规则孔道的铝硅酸盐晶体材料。
分子筛晶体中有许多特定大小的空穴，空穴之间通过孔（也称“窗口”）相连。
由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把尺寸较大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用，故得名分子筛。
这类材料用作催化剂或者吸附剂广泛应用在石油加工，石油化工产品和精细化工领域。
FAU型沸石具有天然矿物八面沸石的骨架结构，孔径约为0.73nm，属于大孔沸石分子筛。
由于FAU型沸石孔径较大，对于如CO2，N2，CH4这类小分子有吸附作用。
然而，骨架中的高铝含量（Si/Al比从1-1.5是NaX型分子筛,从1.5-3是NaY型分子筛）更有助于吸附CO2，这是由于带有电荷补偿离子（通常是Na+）的四极分子的静电作用。
因此，FAU型沸石对CO2具有优先吸附作用。
从微米到纳米的粒径改变会导致材料性质的本质改变，与微米级别沸石晶体相比，纳米沸石具有较大的外表面和更高的催化活性，较快的扩散性，以及外表面会有更多的孔裸露，因此将纳米沸石晶体应用于传统的催化和分离领域具有重要意义。
此外，将纳米晶沸石制备成薄膜，纤维膜，自支撑沸石膜等，在光化学，电化学和光电学领域也具有潜在的应用。
过去的20年里，在无机多孔基底上合成出了多种多样的沸石膜材料，极大的扩展了分子筛材料对气体和液体混合物的分离研究。
对于无缺陷的沸石膜，其分离机制主要是竞争吸附扩散及尺寸排除。
对于膜的检测主要通过努森扩散和毛细凝聚。
FAU型沸石膜主要用于CO2的分离，例如燃烧过程中从废气中分离CO2，天然气的纯化，从合成气混合物中分离CO2等。
近年来，无缺陷的纯FAU型沸石膜的制备和可再生性研究引起了人们的广泛兴趣。
大多数FAU膜的制备方法涉及用NaY或者NaX沸石晶体在基底表面涂层，之后将涂有晶种的基底置于硅铝酸盐凝胶或者溶液中，通过水热处理二次生长使晶种层更密实，生长成膜。
通常，在沸石膜的制备中，晶种层决定最终沸石膜的晶体结构，二次生长步骤控制了膜的密度、厚度和晶体相的纯度。