分子筛的发展研究现状

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1、分子筛的发展研究现状分子筛的传统定义为可以在分子水平上进行分离的多孔材料，主要包括沸石、粘土等等，而沸石因内部结晶水可加热除去形成中空结构，成为分子筛材料的典型代表，通常情况下二者可以认为是一致的。一般把自然界中存在的天然沸石称为沸石，而把人工合成的沸石称为分子筛。分子筛的化学通式可以表示为MeVn[(AlO4)x(SiO4)l-mH2O,其中，x为A1的数n为金属离子Me的价数，m为水合离子数。分子筛可按其结构特征分为8个亚族，每个亚族以它们当中典型的天然分子筛命名，包括山：方沸石(ANA)亚族，钠沸石(NAT)亚族,菱

2、沸石(CHA)亚族，钙I•字沸石(PHI)亚族，片沸石(HEU)亚族，丝光沸石(MOR)亚族，八面沸石(FAU)亚族以及浊沸石(LAU)亚族。最早被应用于分离领域的分子筛是自然界存在的沸石。目前世界上累计发现的天然沸石犬约为40种，其中能够确定结构的大约为30种。早期的沸石主要用于脱水、有机蒸汽中小分子的吸附等等12-随后人们根据天然沸石出产的地质条件，人工合成出了低硅沸石。到19世纪50年代末，低硅分子筛已经大量应用于气体吸附、石油化学工业中的催化裂化与异构化以及离子交换等领域。人工合成分子筛的成功以及大规模运用，极大促

3、进了人们对该领域的认知与探索。随后分子筛的合成经历了由低硅沸石向高硅沸石同、沸石分子筛向磷酸铝分子筛【习、微孔材料向介孔材料〔6“发展的过程。分子筛属于典型的多孔材料，具有很髙的比表面积与较低的表观密度，一般认为分子筛品体的外表而面枳仅占其总表面的1%左右。测量分子筛比表面积与孔径分布的方法与大多数多孔材料类似，其中以BET法最为常用。2.1.2分子筛的应用分子筛在吸附分离、催化领域获得了广泛的应用，主耍在于：晶体的三维孔结构赋予其很高的热稳定性；不同于大多数多孔材料，具有统一的孔径分布与规整的孔结构：孔尺寸可通过制珞条件

4、的改变进行调节；表面极性可通过硅铝比的改变进行调节；与其他类型的吸附剂相比，当吸附条件较差时，依然具有很好的吸附性⑹。传统的大规模气体分离主要采用的方法•是深冷法，而利用分子筛的吸附分离能力开发的变压吸附法(PSA)不仅能够达到深冷分离能够做到的处理虽与纯度•更能够有效降低分离过程的能耗，避免了深冷法能耗过大的缺点。目前用于大规模气体分离的分子筛包括A型分子筛、X型分子筛、丝光沸石等等。PSA法的原理在于分子筛晶体在被压缩为吸附剂颗粒的时候，由于分子筛本身为高度极性化的载体，因而在压缩的过程中品体之间能够形成二级孔道，强化

5、气体的吸附分离过程宀⑼；同时由干分子筛能够通过离子交换改变孔结构以调节内部孔道，针对不同类型的气体分离，只要通过一定的改性修饰，都能够达到很好的分离效果。H前在工业匕以锂离子、碱上金属离子交换处理过后的A型分子筛（强化热稳定性与N2的吸附容量）以及CaX、LiCaX型分子筛都已应用于空气（N2/O2）分离,并具有很髙的分离系数〔川：改性天然斜方沸石用于天然气分离（CIh/N2）,并在低温卜•具有更高的分离系数卩21；改性后的A型、X型分了•筛也初步在含CO废气中CO的分离获得应用。&ou-PEO-Beq」osp

6、ure图2・1PSA过程Fig.2.1ThePSAprocess分子筛膜作为一种新型无机膜，比•般无机膜有着更多的特性：孔径均•性、离子交换性、结构多样性。分了•筛膜可用于高温气体分离2】、港透黄发过程WI等分了水平的分离过程，使气相分离町以稳态操作；还町以用于化学反应过程，对反应过程的转化率和选择性可起调变作用。最新研允的分r筛膜还可作为纳米材料的莫体进行原r簇和超分了化合物的组装，在光迫f、电化学仪器上有着许多潜在的应用。分了筛膜分离的主要场合有：利用分子筛分机理对气体混合物进行分离：从非吸附气体中分离蒸汽或吸附性有机

7、物：有机混合物的分离；从有机物中分离水或极性分子。分r筛作为新型催化剂，与传统催化剂相比貝有显著的优点：吸附能力强、反应活性高、独特的化学选择性（择形催化）、抗中毒能力、能够将高分散度的活性金属保留、固体酸。这些特点使得分子筛在酸催化（催化裂化、异构化、烷基化、脱水,反应机理为正碳离子机理）与择形催化（涉及相'气多的处类、醇类等有机化合物的转化与合成）领域获得了广泛应用。表2.1为石油化工过程中使用到的分了筛催化剂以及工艺在20世纪60年代，Weisz"•罔提出了规整分子筛催化剂的择形效应,并发现分子筛在催化裂化过程中具有

8、非常高的沾性，使得分了筛催化剂正式进入石油化匸领域并发挥甫要作用。在20世纪70年代Mobil开发出；ZSM-5型催化剂并将其应用于择形催化领域取得良好效果，随后关于分子筛的催化效用尤其是择形效应得到系统的研允“如今分子筛的扌羊形催化体系儿乎己经包會全部的绘类转化、醇类合成、异构化等领域"绚。通过择形催