分子筛的设计吸附原理与应用
空分分子筛

几种常见分子筛型号、化学组成及孔径大小
型号 3A 4A
单胞典型化学组成 K64Na32[(AlO2)96(SiO2)96]216H2O Na96[(AlO2)96(SiO2)96 ]216H2O
5A
Ca34Na28[(AlO2)96(SiO2)96]216H2O
吸附原理
3 物理吸附与化学吸附
按照吸附剂表面与吸附质分子间作用力的不同, 吸 附可分为物理吸附及化学吸附两种。对于物理吸 附, 吸附剂和吸附质之间通过分子间力(也称“范 得华”力) 相互吸引发生吸附现象。在化学吸附中, 被吸附的分子与吸附剂表面的原子发生化学作用, 在吸附剂和吸附质之间会发生电子转移、原子重 排或化学键的破坏与生成等现象。
192个硅铝原子。
孔性质
均匀的微孔
孔径 与一般物质的分子大小的数量级相当
吸附位或者活性位绝大多数是在其微孔孔道内
孔体积 表面积
1) 3A分子筛; 2) 4A分子筛; 3) 5A分子筛; 4) 10X分子筛; 5) 13X分子筛;
6) 硅胶; 7) 活性炭
孔体积
分子筛具有空旷的骨架结构,晶穴体积约为 总体积的40-50%。
n(Si)/n(Al) n(SiO2)/n(Al2O3) 孔径大小/nm
121ຫໍສະໝຸດ 2~0.3 ~0.4
1
2
~0.5
1.23
2.5
0.8~0.9
1.23
2.5
0.9~1.0
2.45
4.9
0.9~1.0
5.00
10
0.58~0.70
31.00
>30
0.52~0.58
分子筛原理分离蛋白质的技术

分子筛原理分离蛋白质的技术分子筛技术基于分子筛原理,可以根据蛋白质的大小、电荷和表面性质进行分离。
分子筛原理是利用分子筛材料的孔隙结构,通过分子筛材料的筛分效应实现对蛋白质的分离。
分子筛材料是一种具有规则孔隙结构的晶体材料,其孔径大小可以根据需要进行调控。
在分子筛材料的孔隙中,蛋白质分子的大小可以决定其通过孔隙的能力。
较小的蛋白质可以较容易地通过孔隙,而较大的蛋白质则会被孔隙阻挡。
分子筛技术的分离过程可以分为两个步骤:吸附和洗脱。
首先,将待分离的混合蛋白质溶液加入到分子筛材料中,蛋白质分子会与分子筛材料表面发生相互作用,其中一部分蛋白质会被吸附到分子筛材料的孔隙中。
吸附的选择性主要取决于蛋白质分子的大小、电荷和亲疏水性等因素。
接下来,通过洗涤过程可以去除非特异性吸附的蛋白质,保留目标蛋白质。
洗涤的条件可以根据不同的蛋白质特性进行优化,以提高目标蛋白质的纯度。
分子筛技术在蛋白质分离中的应用非常广泛。
例如,在生物制药领域,分子筛技术可以用于纯化重组蛋白质药物。
由于重组蛋白质的复杂性,传统的分离方法往往效果不佳,而分子筛技术可以通过选择性吸附和洗脱步骤实现高效纯化。
此外,分子筛技术还可以用于蛋白质组学研究中的样品预处理和富集。
通过分子筛技术,可以去除样品中的干扰物质,提高蛋白质的检测灵敏度和分辨率。
与其他分离方法相比,分子筛技术具有独特的优势。
首先,分子筛技术具有高效、快速和选择性的特点。
由于分子筛材料的孔隙结构可以调控,因此可以实现对不同大小蛋白质的选择性分离。
其次,分子筛技术操作简便,不需要复杂的设备和条件。
分子筛材料通常以粉末或颗粒形式存在,可以方便地与待分离的样品接触,不需要特殊的装置。
再次,分子筛技术适用于不同规模的生产。
无论是实验室规模的研究还是工业规模的生产,分子筛技术都可以满足需求。
分子筛技术作为一种基于分子筛原理的蛋白质分离方法,具有高效、快速和选择性的优势。
分子筛技术的应用可以解决蛋白质分离和纯化中的难题,为蛋白质研究提供了强有力的工具。
分子筛

13X分子筛13X分子筛的孔径10A,吸附小于10A 任何分子,可用于催化剂协载体、水和二氧化碳共吸附、水和硫化氢气体共吸附,主要应用于医药和空气压缩系统的干燥,根据不同的应用有不同的专业品种。
分子式:Na2O. Al2O3 2.45SIO2. 6.OH2O技术指标:性能单位技术指标形状条球直径mm 1.5-1.7 3.0-3.3 1.0-1.6 3.0-5.0粒度% ≥98≥98≥96≥96堆积密度G/ml ≥0.54≥0.54≥0.60 ≥0.60磨耗率% ≤0.20≤0.25≤0.20≤0.20抗压强度N ≥30/cm≥45/cm≥10/p≥60/p静态水吸附% ≥25≥25≥25≥25二氧化碳空气处理量NL/g ≥14≥14≥14≥14包装水含量% ≤1.5≤1.5≤1.5≤1.5具体应用:空气分离装置中气体净化,脱除水和二氧化碳。
天然气、液化石油气、液态烃的干燥和脱硫。
一般气体深度干燥。
包装:25公斤纸箱包装或55加仑密封铁桶包装。
注意事项:分子筛在使用前应防止预吸附水、有机气体或液体,否则,应予以再生。
4A分子筛4A分子筛的孔径为4A,吸附水,甲醇、乙醇、硫化氢、二氧化硫、二氧化碳、乙烯、丙烯,不吸附直径大于4A的任何分子(包括丙烷),对水的选择吸附性能高于任何其他分子。
是工业上用量最大的分子筛品种之一。
分子式:Na2O·Al2O3·2.0SiO2·4.5H2O技术指标:性能单位技术指标形状条球直径mm 1.5-1.7 3.0-3.3 1.7-2.5 3.0-5.0粒度% ≥98≥98≥96≥96堆积密度G/ml ≥0.60≥0.60≥0.60≥0.60磨耗率% ≤0.20≤0.25≤0.20≤0.20 抗压强度N ≥30/cm≥45/cm≥60/p≥70/p 静态水吸附% ≥20.5≥20.5≥20.5≥20.5包装水含量% ≤1.5≤1.5≤1.5≤1.5具体应用:*空气、天然气、烷烃、制冷剂等气体和液体的深度干燥。
分子筛的原理

分子筛的原理分子筛是一种具有微孔结构的晶体材料,其微孔大小可以通过晶体的晶格结构进行调控。
由于微孔的大小与具体应用场景有关,因此分子筛可以用于许多不同的领域,如催化剂、吸附剂、分离膜等。
分子筛的原理可以归纳为两个方面:晶体结构和吸附/分离原理。
1. 晶体结构分子筛晶体的晶格结构通常由由Si和Al等元素构成的四面体单元构成。
这些四面体单元通过共用氧原子相互连接在一起,形成了具有高度有序孔道结构的晶状体。
根据单元之间的连接方式,晶体可以被分为两类,一类是沸石型分子筛(如ZSM-5, MFI等),一类是非沸石型分子筛(如FAU,LTA等)。
沸石型分子筛的晶体结构通常由直通的小孔道和近似球形的大孔道构成,而非沸石型分子筛则常常具有泡沫状的孔道结构。
这些孔道结构的尺寸和六面体孔道通道的负电性可被调控,从而能够拟合和排斥特定的分子或离子。
2. 吸附/分离原理分子筛除了都是由四面体单元构成的外,还有各种不同的孔道结构,可以去吸附和分离物质。
根据物理与化学机制,分子筛分别分为以下三类:(1)酸性分子筛:可以通过取代酸性中心,如H+,Al3+等,增强大分子分离和化学反应的效率。
其中,H+为最基本的酸性中心。
(2)碱性分子筛:可以通过取代碱性中心,如Na+,K+等,容易吸附吸附一些有机物,如醛、酮、酯等。
其中,Na+是最为普遍的碱性中心。
(3)中性分子筛:这种分子筛的孔道中没有任何酸性或碱性中心。
这种类型的分子筛主要用于吸附难以通过其他方法分离的化学物质,例如大分子有机化合物,以及同分异构体。
总的来说,分子筛不仅具有高度有序小孔结构,这种结构可以被控制和改变来适应不同的应用场景。
令人兴奋的是,随着技术的发展,二次修饰的分子筛也已经被发展,这些分子筛可以具有更加定制的结构和吸附/分离特性,使其在各种新兴应用领域中发挥重要的作用。
4a分子筛吸附水份量

4a分子筛吸附水份量4A分子筛是一种吸附剂。
它具有很强的吸附水份分子的能力,因此在各种工业领域中都有着广泛的应用。
本文将围绕4A分子筛吸附水份量这个主题进行阐述。
第一步:了解4A分子筛4A分子筛是由硅酸盐或氧化铝等材料制成的一种多孔物质。
它的孔径大小约为4埃,因此被称为4A分子筛。
4A分子筛结构紧密,有着高度的化学稳定性和热稳定性。
这些特性使它成为了一种广泛应用的吸附材料。
第二步:原理解析4A分子筛的吸附原理是物理吸附和化学吸附。
物理吸附是分子之间的非化学键结合,而化学吸附则是通过化学反应形成的化学键结合。
因此,4A分子筛可以吸附空气中的水分子,这是一种物理吸附。
第三步:吸附水份量的影响因素4A分子筛的吸附水份量主要受到以下几个因素的影响。
1. 4A分子筛的孔径和分子大小:4A分子筛的孔径大小为4埃,分子大小小于4埃的分子可以被吸附。
因此,4A分子筛的吸附能力受到分子大小的影响。
2. 温度:在不同的温度下,水分子的活动性能不同。
当温度低于20℃时,4A分子筛的吸附能力较强,而当温度超过40℃时,4A分子筛的吸附量明显减少。
3. 水的饱和度:水的饱和度越高,4A分子筛的吸附能力越强。
第四步:应用实例4A分子筛作为吸附剂,在许多领域得到了广泛应用。
例如:1. 处理石油、天然气等能源产业中的气体和液体,去除其中的水分子。
2. 在食品工业中,将4A分子筛添加到食品中,吸附其中的水分子,使食品的储存期延长。
3. 在建筑材料工业中,使用4A分子筛将水份从建筑材料中移除,使建筑物更加耐久。
4. 在仪器仪表、电子器件等领域中,使用4A分子筛去除其中的水分子,保证仪器、设备的稳定性。
总结:4A分子筛作为一种吸附剂,可以吸附许多物质,其中包括水分子。
它的孔径大小、温度、水的饱和度等因素都会影响吸附水份量。
通过合理使用4A分子筛,可以在许多领域中起到重要的作用。
分子筛干燥原理

分子筛干燥原理
分子筛干燥是一种利用分子筛材料(通常为无机氧化物)对气体或液体中的水分子进行吸附和分离的方法。
其原理基于分子筛的特殊孔道结构和化学成分。
分子筛是一种具有特殊孔道结构的多孔材料,其孔道大小可以根据需要进行调整。
这些孔道大小通常与水分子相近,从而能够选择性地吸附并排除气体或液体中的水分子。
分子筛的特殊结构使得它具有较大的比表面积和孔容,从而能够提供更多的吸附位点,进一步增加吸附能力。
分子筛干燥的过程主要包括吸附和再生两个阶段。
在吸附阶段,湿润的气体或液体经过分子筛材料时,水分子会进入分子筛的孔道结构中被吸附下来。
通过控制分子筛的孔道大小和化学成分,可以实现对不同大小和性质的水分子的选择性吸附。
吸附后,经过分子筛的气体或液体会变得相对干燥。
在再生阶段,分子筛中吸附的水分子需要被去除,以便继续使用。
一般通过加热分子筛材料来提高水分子的脱附速率,从而实现分子筛的再生。
加热的过程中,水分子会从分子筛的孔道中解除,并释放到周围环境中去。
经过再生后的分子筛可以重新使用,从而实现高效的干燥过程。
分子筛干燥具有许多优点,例如高效、选择性、反复使用等。
它广泛应用于空气分离、气体制造、液态化工等工业领域,实现对气体或液体中的水分子的高效去除。
五种吸附剂的原理和应用
五种吸附剂的原理和应用引言吸附剂是广泛应用于化工、环保、制药等领域的一种重要材料。
它们通过吸附固定目标物质,起到分离、净化和催化等作用。
本文将介绍五种常见的吸附剂,包括活性炭、分子筛、纳米材料、环氧树脂和离子交换剂。
将重点探讨它们的原理和应用。
1. 活性炭活性炭是一种具有大量微孔的多孔材料,具有较高的吸附性能。
其原理是通过物质在活性炭表面的吸附作用实现目标物质的分离。
活性炭广泛应用于水处理、空气净化、脱色和脱臭等领域。
•活性炭的吸附原理是通过表面微孔和宏孔提供的大表面积,吸附目标物质,并去除水中的有机污染物。
•活性炭广泛应用于水处理领域,如城市自来水厂的水处理、工业废水处理等。
•在空气净化方面,活性炭常用于吸附室内有害气体,提高室内空气质量。
•另外,活性炭还能用于食品工业中的脱色和脱臭,以及药物和化妆品工业中的净化过程。
2. 分子筛分子筛是一种孔径较小的多孔材料,其吸附原理是通过目标分子与分子筛孔道之间的相互作用来实现分离。
分子筛具有高效的分离性能和选择性,被广泛应用于石油化工、制药和化学等领域。
•分子筛的吸附原理是通过目标分子与分子筛中孔道吸附剂表面的相互作用(如吸附力、排斥力和交互作用力)实现分离。
•在石油化工领域,分子筛常用于提取和分离石油化工生产中的目标化合物,如乙烯和丙烯的分离。
•在制药领域,分子筛被用于提纯药物和去除杂质,达到分离和纯化的目的。
•在化学领域,分子筛可用于气相吸附和液相吸附,以分离和纯化目标物质。
3. 纳米材料纳米材料是具有纳米级尺寸的材料,其吸附原理是通过纳米材料表面的大面积和活性位点与目标物质之间的相互作用来实现吸附和分离。
纳米材料具有高比表面积、优异的吸附性能和催化性能等特点,在环境保护和生物医学等领域有广泛应用。
•纳米材料的吸附原理是通过纳米尺寸下的表面活性位点与目标物质之间的相互作用实现吸附和分离。
•纳米材料广泛应用于环境保护领域,如对有害气体和重金属的吸附和处理,以净化环境。
不同分子筛对氧气和氮气的吸附能力
《不同分子筛对氧气和氮气的吸附能力》近年来,随着环境保护和能源领域的持续关注,分子筛材料作为一种重要的吸附材料备受瞩目。
分子筛具有特定的孔道结构,可根据分子的大小和偏好性进行选择性吸附,因此在气体分离和纯化领域具有广泛的应用前景。
在这篇文章中,我们将探讨不同分子筛对氧气和氮气的吸附能力,以及其在实际应用中的潜在价值。
1. 不同分子筛对氧气和氮气的吸附原理分子筛是一种多孔固体材料,具有规则的孔道结构,孔径通常在纳米尺度。
氧气和氮气分子的大小略有差异,因此不同孔径大小的分子筛对它们的吸附能力也会存在一定的差异。
氧气分子较小,适合被较小孔径的分子筛吸附,而氮气分子较大,更适合被较大孔径的分子筛吸附。
选择合适孔径大小的分子筛对氧气和氮气的吸附具有重要意义。
2. 不同分子筛对氧气和氮气的吸附实验比较针对不同孔径大小的分子筛,科研人员进行了对氧气和氮气的吸附实验比较。
实验结果表明,较小孔径的分子筛对氧气的吸附能力较强,而较大孔径的分子筛对氮气的吸附能力较强。
这一结论与吸附原理相吻合,也为分子筛在气体分离和纯化中的应用提供了重要参考。
3. 分子筛在氧气和氮气分离中的应用前景基于不同分子筛对氧气和氮气的吸附特性,可以将其应用于氧气和氮气的分离领域。
在生物医药和光电子行业中,对氧气和氮气的高效分离具有重要意义。
通过合理选择和组合不同孔径大小的分子筛,可以实现对氧气和氮气的高效分离,提高产品的纯度和品质,符合环境保护和能源利用的要求。
4. 个人观点和理解作为一种重要的吸附材料,分子筛在气体分离和纯化领域具有巨大的潜力。
对于不同分子筛对氧气和氮气的吸附能力,我认为需要进一步深入研究其吸附机理和实际应用效果。
通过不断优化分子筛的结构和性能,提高其对氧气和氮气的吸附选择性和效率,将有助于推动气体分离技术的发展,满足工业生产和生活需求。
总结回顾通过本文的探讨,我们对不同分子筛对氧气和氮气的吸附能力有了更深入的理解。
分子筛作为一种重要的吸附材料,在气体分离和纯化中具有广泛的应用前景。
分子筛原理,分子筛的合成机理
分子筛原理| 分子筛的合成机理分子筛是什么?一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐(泡沸石)或天然沸石。
其化学通式为(M′2M)O·Al2O3·xSiO2·yH2O,M′、M分别为一价、二价阳离子如K+、Na+和Ca2+、Ba2+等。
分子筛原理:1、吸附性能沸石分子筛的吸附是一种物理变化过程。
产生吸附的原因主要是分子引力作用在固体表面产生的一种“表面力”,当流体流过时,流体中的一些分子由于做不规则运动而碰撞到吸附剂表面,在表面产生分子浓聚,使流体中的这种分子数目减少,达到分离、清除的目的。
由于吸附不发生化学变化,只要设法将浓聚在表面的分子赶跑,沸石分子筛就又具有吸附能力,这一过程是吸附的逆过程,叫解析或再生。
由于沸石分子筛孔径均匀,只有当分子动力学直径小于沸石分子筛孔径时才能很容易进入晶穴内部而被吸附,所以沸石分子筛对于气体和液体分子就犹如筛子一样,根据分子的大小来决定是否被吸附。
由于沸石分子筛晶穴内还有着较强的极性,能与含极性基团的分子在沸石分子筛表面发生强的作用,或是通过诱导使可极化的分子极化从而产生强吸附。
这种极性或易极化的分子易被极性沸石分子筛吸附的特性体现出沸石分子筛的又一种吸附选择性。
2、离子交换性能通常所说的离子交换是指沸石分子筛骨架外的补偿阳离子的交换。
沸石分子筛骨架外的补偿离子一般是质子和碱金属或碱土金属,它们很容易在金属盐的水溶液中被离子交换成各种价态的金属离子型沸石分子筛。
离子在一定的条件下,如水溶液或受较高温度时比较容易迁移。
在水溶液中,由于沸石分子筛对离子选择性的不同,则可表现出不同的离子交换性质。
金属阳离子与沸石分子筛的水热离子交换反应是自由扩散过程。
扩散速度制约着交换反应速度。
通过离子交换可以改变沸石分子筛孔径的大小,从而改变其性能,达到择形吸附分离混合物的目的。
沸石分子筛经离子交换后,阳离子的数目、大小和位置发生改变,如高价阳离子交换低价阳离子后使沸石分子筛中的阳离子数目减少,往往造成位置空缺使其孔径变大;而半径较大的离子交换半径较小的离子后,则易使其孔穴受到一定的阻塞,使有效孔径有所减小。
制冷用分子筛的作用原理
制冷用分子筛的作用原理制冷用分子筛是一种通过分子筛材料来实现空气分离和去除杂质的技术。
它的作用原理是利用分子筛材料的微孔结构和分子筛剂对不同分子的吸附性能,实现对空气中不同成分的分离和去除。
首先,我们来了解一下分子筛材料的特点。
分子筛是一种具有微孔结构的材料,它的孔径大小通常在纳米到微米级别,能够选择性地吸附分子。
这种微孔结构使得分子筛材料具有对特定分子具有高度的选择性吸附能力,使得分子筛能够在气体或液体混合物中实现分离和纯化。
在制冷用分子筛中,通过合理选择分子筛材料和分子筛剂,可以实现对空气中水分、二氧化碳、氧气等不同成分的分离。
以空气中的水分为例,当含水气体经过分子筛时,分子筛材料会选择性地吸附水分子,而将其它气体成分放行,从而实现对水分的去除。
分子筛材料的微孔结构和吸附性能决定了其对不同分子的选择性吸附能力,因此合理选择不同的分子筛材料和分子筛剂可以实现对不同气体成分的分离和纯化。
此外,制冷用分子筛在实际应用中还可以通过物理吸附和脱附的循环过程来实现对空气中气体成分的分离。
在分子筛吸附过程中,当分子筛材料饱和吸附了目标气体成分后,通过变换操作可以将吸附的目标气体释放出来,实现对分子筛的再生和循环使用。
这种物理吸附和脱附的循环过程使得制冷用分子筛可以持续不断地对气体成分进行选择性吸附和释放,从而实现对气体的纯化和分离。
总的来说,制冷用分子筛的作用原理是基于分子筛材料的微孔结构和选择性吸附性能,通过合理选择分子筛材料和分子筛剂,实现对空气中不同成分的分离和去除。
通过物理吸附和脱附的循环过程,制冷用分子筛可以持续不断地对气体成分进行选择性吸附和释放,从而实现对气体的纯化和分离。
在制冷领域,制冷用分子筛可以用于空气净化和除湿,从而提高制冷设备的运行效率和性能。
同时,制冷用分子筛还可以用于空气分离和气体纯化领域,具有广泛的应用前景和市场需求。
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2016级环境工程硕士课程论文论文题目:分子筛吸附剂的设计、吸附原理和应用课程:吸附科学原理和应用专业:环境工程学号:************姓名:***分子筛吸附剂的设计、吸附原理和应用徐俊(河南大学化学化工学院, 河南开封475004)摘要:近年来,随着人们对分子筛吸附剂吸附原理和设计的进一步的研究,分子筛吸附剂越来越受到人们的重视。
分子筛吸附剂因其独特的晶体结构、高的表面积、吸附性和催化性等优异性能,被广泛应用于石油化工、环境保护、新材料、生物医药等诸多领域,也因此分子筛吸附剂的应用有着巨大的经济效益和重要的应用价值。
关键字:分子筛吸附剂;吸附;应用Molecular sieve adsorbent design, adsorption principle andapplicationXU Jun(College of Chemistry and Chemical Engineering, Henan University, Kaifeng 475004) Abstract: In recent years, with the further research of molecular sieve adsorbent's adsorption principle and design, molecular sieve adsorbent has attracted more and more attention. Molecular sieves are widely used in the region of etrochemical industry, environmental protection, new materials and biomedicine due to their unique crystal structure, high surface area, adsorption, catalytic and other excellent performances. The use of adsorption separation has enormous economic and great value.Keywords: zeolite adsorbent; adsorption; application引言分子筛是一类具有特殊结构的多孔介质,由系列不同规则的孔道或笼构成,是硅铝酸盐的晶体[1]。
常见的不同型号分子筛有:A型、X型等[2,3]。
经高温活化沸石失结晶水后,晶体内形成许多孔穴,其孔径大小与气体分子直径相近,且非常均匀,依据晶体内部孔穴大小吸附或排斥不同的物质分子,同时根据不同物质分子极性或可极化度而决定吸附的次序,达到分离的效果[4]。
分子筛的孔径分布是非常均一的,结构和组成变化明显,具有良好的热稳定性、水热稳定性、较好的化学稳定性等性能[5]。
沸石分子筛较大的表面积、孔体积以及较强的静电场决定了它对吸附质尤其是对极性分子,在低分压或低浓度及较高温度的吸附情况下仍能保持较高的吸附容量。
正是由于分子筛具有比其他类型吸附剂更具有独特的优越性,所以分子筛吸附剂在化工领域、环境保护、干燥净化、石油炼制等领域得到了十分广泛的应用。
1 分子筛吸附原理分子筛吸附是一种物理现象。
分子筛孔隙率非常高,内表面积很大,内空穴占体积的50%左右[6]。
分子筛吸附剂吸附性能的决定因素是其本身的结构,此外不同硅铝比、不同平衡阳离子、不同孔和孔道结构以及分子筛的成型、活化等都会影响分子筛吸附剂的吸附性能[7,8]。
其吸附作用主要表现在两点:按分子的几何尺寸、形状选择吸附和按分子的极性、不饱和度及极化率选择吸附。
1.1 按分子的几何尺寸、形状选择吸附分子筛具有蜂窝状结构,晶穴体积可占沸石晶体体积的以上,空腔直径一般在0.6~1.5nm之间,孔径约在0.3~1nm之间,而且晶体中孔道均匀排列,孔径大小均匀,分子筛规整的骨架结构赋予了其择形选择吸附的能力[9]。
1.2 按分子的极性、不饱和度及极化率选择吸附虽然临界直径比分子筛孔径小的吸附质分子都可以进入分子筛的孔道内,但是由于吸附质分子的极性、不饱和度、极化率不同,它们与分子筛的作用强度以及在分子筛内的扩散速度都有所差异。
这是因为由骨架外阳离子和带负电荷的硅铝氧骨架所构成的沸石分子筛本身是一种极性物质,内部有较强的静电场。
所以极性越强或越易极化的分子,也就越易被吸附[10]。
2 分子筛吸附剂的设计虽然分子筛材料具有微观尺度上的高度有序孔道结构、比表面积大、孔径分布单一且可控制、骨架结构和性质可调等优点,但是全硅型的分子筛材料存在离子交换能力小,骨架中晶格缺陷少,自身无催化活性中心,化学活性弱等一些不足,因此在作为传感器、催化剂及吸附剂的主体材料时有很大的应用限制[11]。
所以人们针对其缺点以及使用目的不同对其进行改性设计,使它带有特定的官能团,进而能更加广泛的应用于多种领域。
近年来对介孔分子筛材料进行化学改性的研究已引起了人们的普遍关注。
研究表明,介孔分子筛孔道均匀有序排列、孔道表面优异的特性,这为介孔分子筛表面改性提供了可能。
为了改善介孔分子筛的性能,目前常用的介孔分子筛改性方法有调节表面活性剂碳链长度、添加增孔剂、使用新型模板剂或双模板剂、引入杂原子进入分子筛骨架结构、离子交换法在孔道内表面引入无机物、孔道内表面有机修饰或功能化、负载活性组分等[12]。
改性后的介孔分子筛仍然有着极丰富的比表面积,而且孔结构和稳定性仍能保持完好,实现了材料性能的有效调控,为环境保护型吸附材料的合成、新型催化材料和生物医用材料的开发应用提供了新的方向和很好的条件[13],因此具有重大的科学研究意义和应用价值。
3 分子筛吸附剂的应用研究有序介孔材料一诞生就在化学、材料学与生物医药学界得到高度重视,并迅速发展为跨学科的研究热点。
虽然有序介孔材料目前还未能获得大规模的工业化应用,但它拥有合适的孔径大小,孔道排列有序,孔径大小可调节,比表面积大的优点,使得其在化学工业、环境保护、生物技术等领域具有重要的应用意义。
3.1 在化工领域方面的应用分子筛可作为催化剂以处理较大的分子或基团,或者催化有大分子参加的反应。
用叔丁基过氧化氢可氧化α-松油醇和降冰片[14]。
当然,作为载体可以负载过渡金属有机化合物、金属和金属氧化物、杂多酸、有机碱、金属络合物、纳米粒子或者金属铜聚合物等。
分子筛由于其孔径较大还可用于高分子合成领域,将共扼高分子,如聚毗咯和热解聚丙烯睛在分子筛介孔中进行组装已取得成功。
还有变压吸附(PSA-H2)氢气纯化工艺,工业气体和空气分离O2、N2、H2和CO 等高纯度工业气体的生产工艺有许多,分子筛以其具有的高吸附选择性和高吸附容量的特性在这些化工生产工艺中起着关键作用[15]。
3.2 在环境保护领域的应用介孔分子筛在降解有机污染物、水质净化和汽车尾气处理等方面有着广阔的应用前景。
比如在有机污染物降解方面,分子筛具有大量的孔道和空穴,比表面积较大介孔比具有更高的光催化活性,其介孔结构的高比表面积提高了材料与有机物分子的接触,增加了表面的羟基自由基,而羟基自由基正是降解有机物的强氧化剂,可以把许多难降解有机物氧化为和水[16]。
此外,通过一步合成或有机官能团后嫁接,制备得到的有机-无机复合介孔材料对多种重金属离子具有很好的吸附性能。
此外利用介孔材料极大的比表面积和嫁接的有机官能团的络合作用,可有效吸附废水中的重金属离子。
研究表明,经过氨基改性的有机-无机复合材料对多种重金属离子(Cd2+、Cr6+、Pd2+、Hg2+、Zn2+、Cu2+等)都具有高效而广泛的吸附能力[17],而通过硫醚有机官能团改性的介孔材料则对Hg2+表现出极高容量的选择性吸附性能[18]。
3.3 在冷冻、干燥方面的应用高干燥容量的分子筛干燥剂与制冷剂和润滑剂相互兼容可有效防止设备故障。
一些系列的分子筛干燥剂还具有的高机械强度和颗粒完整度,可防止干燥剂颗粒破碎和磨损,特别在振动剧烈的汽车空调系统中这一点尤为重要。
这些特性保证了分子筛干燥剂在经济性和操作的可靠性方面的优势[19]。
3.4 在石油炼制方面的应用烷基化原料的干燥—分子筛有助于降低酸消耗,减少再生器的使用和侵蚀,并带来烷基化质量总体水平的提高[20]。
炼厂氢的干燥和净化,防止下游设备的腐蚀,滤除从催化剂中再生出来的氯。
炼厂气的干燥—分子筛用于防止重整气体在深冷加工时发生管线冻堵。
炼厂产品的干燥净化—分子筛用于液化石油气(LPG)的干燥和脱硫,以及石脑油和煤油的干燥。
3.5 在干燥净化领域方面的应用分子筛吸附可以有效地避免分离时所产生共吸附现象,提高分离。
可以在同一系统中同时完成干燥和物质的纯化。
在较高的温度条件下,同样具有一定的吸附容量。
分子筛系统较其他干燥和分离装置,设备投资低,运转成本低。
分子筛用于吸附脱水,分子筛对水有较强的亲和力,结构中有大量均匀的几何网状型空穴,这些空穴只允许直径比孔径小的分子进入,起到了筛分分子的选择吸附作用[21]。
常用分子筛孔径规格有0.3、0.4、0.5nm,水分子直径为0.27~0.32nm,因此分子筛在吸附脱水方面表现出了较高的选择性。
分子筛在吸附脱水方面表现出较高的选择性[22]。
分子筛能将混合物中各组分高效分离,分子筛能脱除气体或液体中百分之几乃至痕量的水分。
分子筛脱水的工作压力可以在任意压力,工作温度可以从液氮温度至摄氏数百度,而且操作简单、成本低,能脱附再生循环使用。
因此,分子筛脱水广泛用于从天然气分离回收液态轻质烃以合成气合成低碳混合醇、有机溶剂脱水干燥以及变压吸附中气体干燥等化工操作。
4 总结分子筛种类丰富,分子筛因其有非常高的表面积和吸附容量、吸附性质可从亲水性到疏水性、酸性或其它活性中心能被控制、强度和浓度能被调整、孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸范围内、阳离子的可交换性、等特点,给吸附分离技术开发带来许多可供选择的空间。
吸附过程是一个非常复杂过程,吸附材料性能具有决定性的作用。
分子筛吸附机理较复杂分子筛独特的孔结构和孔环境对吸附性能均具有显著的影响,许多吸附过程都是二者作用叠加的结果,因此一方面对于加强研究分子筛吸附机理,为工业应用和选择提供理论支持有很大帮助。
另一方面加强分子筛结构和组成的定制研究工作开发成本低廉和工艺简单的新型分子筛材料合成技术仍然是重要的研究方向。
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