当前位置: 主页 > 高校资讯 >

沸石分子筛的性能与应用

来源:山东师范大学化学化工与材料科学学院 作者:郭佳瑞

摘要:分子筛是一类具有均匀微孔,主要由硅、铝、氧及其它一些金属阳离子构成的吸附剂或薄膜类物质,其孔径与一般分子大小相当,据其有效孔径来筛分各种流体分子。沸石分子筛是具有分子筛作用的晶态硅铝酸盐。本文将论述其性能、应用、历史和发展前景。

关键词:沸石分子筛;性能;应用

沸石分子筛是指那些具有分子筛作用的天然及人工合成的晶态硅铝酸盐。沸石分子筛是一种无机晶体材料,因具有规整的孔道结构、较强的酸性和高的水热稳定性而广泛应用于催化、吸附和离子交换等领域中,并起着不可替代的作用。沸石分子筛由于其特有的结构和性能,已成为一门独立的学科,沸石分子筛的应用已遍及石油化工、环保、生物工程、食品工业、医药化工等领域。

一、沸石分子筛的性能

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。

3、催化性能

沸石分子筛具有独特的规整晶体结构,其中每一类都具有一定尺寸、形状的孔道结构,并具有较大比表面积。大部分沸石分子筛表面具有较强的酸中心,同时晶孔内有强大的库仑场起极化作用。这些特性使它成为性能优异的催化剂。多相催化反应是在固体催化剂上进行的,催化活性与催化剂的晶孔大小有关。沸石分子筛作为催化剂或催化剂载体时,催化反应的进行受到沸石分子筛晶孔大小的控制。晶孔和孔道的大小和形状都可以对催化反应起着选择性作用。在一般反应条件下沸石分子筛对反应方向起主导作用,呈现了择形催化性能,这一性能使沸石分子筛作为催化新材料具有强大生命力。

二、沸石分子筛的应用

1、干燥及净化领域的应用

(1) 脱水

利用低硅铝比的沸石分子筛的极性亲水性,可以进行空气的干燥。另外近年来将乙醇掺入汽油中替代部分汽油受到广泛重视,作为燃料的乙醇要求其中的水含量低于0.8%,而由于乙醇和水的共沸,使得通过精馏只能得到95%的乙醇,对于含水量较低的乙醇脱水,沸石分子筛吸附脱水是最优的选择。沸石分子筛脱水工艺是工业上生产燃料乙醇的首选工艺。

(2)污水处理

天然红辉沸石具有一定的离子交换和吸附性能,利用其性能可以从污水中吸附氨氮,从而达到净化污水的效果。天然红辉沸石经过特殊处理之后,可以形成分子筛,分子筛的离子交换与吸附性能远远高于天然沸石,这使其能够更好地吸附污水中的重金属离子及其他有害离子。因此,分子筛是处理污水的新型材料.

2、催化领域的应用

沸石分子筛具有复杂多变的结构和独特的孔道体系,是一种性能优良的催化剂。ZSM-5与Y型沸石分子筛共同作用应用于FCC反应,以获得较高产率的汽油、丙烯和丁烯。MCM-22沸石分子筛在烷基化反应上具有显著的优势,

3、石油化工工业

石油工业的催化裂化、加氢裂化、聚合、重整、加氢脱蜡、歧化、异构化、烷基化、烷基转移、烯烃制汽油、烯烃裂解、苯与乙烯或丙烯烷基化、低碳烷烃和烯烃芳构化等炼油与石油化工过程, 以及选择氧化、甲醇制烯烃、甲醇制汽油等精细化工或煤化工工艺过程都离不开沸石分子筛。

4、畜牧业生产

分子筛独特的结构决定了其有良好的吸附性能和离子交换性能,利用分子筛为载体,吸附接枝抗菌物质制成饲料添加剂,可以增加抗菌剂的缓释能力,提高抗菌剂利用效率,事半功倍。同时,分子筛自身也具有一定的杀菌能力,能提高牲畜的抗病能力,且分子筛无毒无害,性能稳定,不会被动物吸收。利用分子筛吸附二甲酸钾制得的分子筛抗菌剂能大幅度提高二甲酸钾的抑菌能力。

5、医药产业

利用分子筛良好的吸附性能和分散性能,可以作为药物的载体,对药物中的有效成分进行吸附接枝,可以提高药物的缓释性能,增强药效,延长药物作用的时间,且分子筛无毒无害,服用之后在人身体内不发生吸收,对身体无毒副作用。还可以载入特定病菌,有效地抑制细菌生长。沸石分子筛良好的离子交换性能可以吸附交换重金属离子,从而可以制备高度活性和耐久性的抗菌剂。

三、沸石分子筛的发展历史

1756年瑞典矿物学家克隆斯特在选矿时发现沸石。化学家发现沸石后在很长时间内用它做吸水剂,后来又发现沸石有交换离子的性质。

人们对于沸石分子筛的人工合成研究可追溯到20世纪40年代,Barrer等通过对天然矿物在热的盐溶液中相态转变的研究,首次实现了沸石分子筛的人工合成,自此揭开了人工合成沸石分子筛的序幕。

到50年代沸石用于核能废水中阳离子处理剂、工业废气的吸收剂和工业废水的净化剂等。50年代后期莫比尔实验室首先发现在沸石结构内部能进催化反应,这一发现标志着沸石催化研究的真正起点。

60年代苇茨和弗里莱特发现合成沸石的催化作用后沸石在催化领域的用途迅速扩大。由于分子筛的多样性和稳定性它的独特的选择与择形选择相结合的性能已经在吸附分离、催化及阳离子交换工业上广为应用。

分子筛催化很快发展成为催化领域中的一个专门分支学科。此阶段发展的中低硅铝比沸石被称为第一代分子筛。70年代莫比尔公司开发的以ZSM -5为代表的高硅三维交叉直通道的新结构沸石称之为第二代分子筛。年代联合碳化公司成功地开发了非硅、铝骨架的磷酸铝系列分子筛,这就是第三代分子筛。

四、发展前景

沸石分子筛作为一种重要的分离、吸附和催化材料,具有广泛的应用前景。随着科技的不断发展和工业化进程的加速,沸石分子筛的应用领域将会不断拓展。

1.环保领域:沸石分子筛可以用于废气净化、水处理和固体废物处理等领域,可以有效地去除有害物质,保护环境。

2.能源领域:沸石分子筛可以用于石油和天然气的分离和提纯,也可以用于催化反应,提高能源利用效率。

3.化学工业领域:沸石分子筛可以用于合成高附加值的有机化合物,也可以用于催化反应,提高化学反应的效率和选择性。

4.生物医药领域:沸石分子筛可以用于制备药物、分离和纯化生物大分子,也可以用于生物反应器中的固定化细胞和酶。

综上所述,沸石分子筛具有广泛的应用前景,随着科技的不断发展和工业化进程的加速,其应用领域将会不断拓展。随着国民经济各行业的发展,沸石分子筛的应用前景日益广阔。

参考文献:

[1]王春蓉.沸石分子筛的性能与应用研究[J].化学与粘合,2010,32(04):76-78.

[2]杨华明,邱冠周.分子筛的研究现状与发展前景[J].矿产综合利用,1996(05):24-28.

[3]沈晓洁.沸石分子筛的发展及在石油化工中的应用[J].辽宁化工,1997(03):22-23+10.

[4]刘志成,王仰东,谢在库.从工业催化角度看分子筛催化剂未来发展的若干思考[J].催化学报,2012,33(01):2033-2049.

[5]胡宏杰,赵恒勤,王立卓,金梅.沸石分子筛的制备及应用[J].矿产保护与利用,1998(05):12-15.

http://www.dxsbao.com/news/650763.html 点此复制本页地址

相关内容

实践创新,心得感悟

转眼间暑假就要结束了,社会实践也接近尾声,回顾这两个月,我们经历了许多,最开始的队伍组建,大家来自不同的学院,不同的专业,因为一次社会实践相聚在一起,我们开了数次会议讨论选…… 邓旭妍 安徽财经大学查看全文 >>

“双碳”转型,实践成长

暑期社会实践活动是大学生接触社会、了解社会、运⽤所学知识亲身实践的途径与⽅式。通过⾃⼰的亲⾝实践,能进⼀步认识、了解清洁能源的使⽤情况。这次活动以双碳背景下传统能源产业转型…… 吴文慧 安徽财经大学查看全文 >>

绿色经济,实践成长

忙忙碌碌的暑期社会实践工作就要结束了,短短的两个月实践里,从组建团队到调研,再到最后结果的展现,无一不让我“痛并快乐着”。首先,在组建团队时,团队成员来来去去,经过一波三折…… 王朝瑞 安徽财经大学查看全文 >>

实践探索,低碳追源

双碳,即碳达峰与碳中和的简称,中国力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。加快降低碳排放步伐,有利于引导绿色技术创新,提高产业和经济的全球竞争力。本次社会实践的主题为:“双…… 唐艺宁 安徽财经大学查看全文 >>

实践真知,感悟成长

怀揣着一颗激动且炽热的心,我加入了2022暑假社会实践的调研小组之一,这也算得上是我第一次真正意义上的社会实践。本次调研过程中还是存在着一定的困难,但终究被我们一一克服,百转千回…… 刘从强 安徽财经大学查看全文 >>

低碳发展,绿色远航

随着科学技术的发展,现代社会越来越关注“碳”问题,我国更是提出了“双碳”目标,力求为国民的绿色健康生活保驾护航。在国家和社会的双重引导下,不少企业将发展目标放在这一领域,积…… 陈慧 安徽财经大学查看全文 >>

云销雨霁,能源转型,彩彻区明 ——安财学子赴安徽九华发电有限公司调研

立足新发展阶段,贯彻新发展理念。“双碳”目标下,各企业都力求降低能源消耗,由高耗能、高污染转为低耗能和绿色清洁。在新能源备受推崇和市场前景良好的基础之上,全国的能源企业纷纷…… 秦璇 安徽财经大学查看全文 >>

“双碳”背景下,传统能源企业该何去何从——安财学子赴安徽九华发电有限

我国能源消费以煤炭、石油、天然气等不可再生资源为主,在立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局背景下,如何主动适应“双碳”目标下的能源消费新诉求,成为现阶段我国能源产…… 王朝瑞 安徽财经大学查看全文 >>

推荐内容

表彰树榜样 进步砺前行 文学院参加聊城大学学生表彰典礼

为充分彰显优秀学子的卓越风采,发挥先进榜样示范引领作用,进一步激励学生踔厉奋发、勇毅前行,4月2日,文学院参加聊城大学…

沈阳城市学院开展无偿献血活动

本网讯(校团委牛康莉)2025年3月26日13时,由沈阳中心血站联合我校举办的无偿献血活动于南楼成功开展。活动开展期间,广大师生…

新乡工程学院“清明追思·薪火相传”网上祭英烈活动

春风拂柳念英魂,清明时节寄哀思。在清明节来临之际,为大力践行社会主义核心价值观,激发青年学子的爱国情怀,引导青年学子…

传承红色精神,凝聚奋进力量——纪念遵义会议召开90周年专题宣讲活动顺利举

为深入了解中国革命历史,领悟革命精神内涵,弘扬遵义会议精神,走好新时代的长征路,3月8日下午,南京审计大学“澄园先锋”…

广西民族大学管理学院工商管理系本科生第二党支部开展壮乡民族特色主题党

为深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的二十届三中全会精神,积极引导全体党员感悟“家国同源”的文化深意,…

最新发布

三下乡||神木市博物馆之行
7月20日西安科技大学“赓续红色基因·勇担时代使命”调研实践团队进行“三下乡”实践的活动地点是位于陕西省神木市县城麟州街北段的神木市博物馆。博物馆馆藏资源丰富,种类齐全,藏有不同历史时期文物,藏品…
社会实践 | “寻觅科普机缘,铸就知行之路”社会实践团华中小组赴湖北开展线下调研
摘要本次调研于七月十八日,由两湖小组四人执行,实地走访了湖北省土家族苗族自治州,重点关注恩施州科学技术协会与恩施州博物馆。本报告将详细记录这一过程,以及在访谈中得出的一些关于科普教育和实践的思…
绿色化学与可持续发展
摘要:人类活动对环境的影响日益强烈,绿色化学的发展具有重大的意义,绿色化学,即“环保化学”,是当今世界上最热门的词之一。美国化学家贝采里乌斯在其《人类之友》杂志上撰文指出,“从长远来看,化学在…
社会实践 | “寻觅科普机缘,铸就知行之路”社会实践团华中小组赴河南开展线下调研
社会实践|“寻觅科普机缘,铸就知行之路”社会实践团华中小组赴河南开展线下调研第一场调研,河南地区实践团来到了位于郑州市中原区的郑州市科技馆。首先,实践团成员在该地进行了路人随机采访,采访对象以…
【砼心协力,锤炼意志,书写华章】烈日当空,扬帆起航,土木学子的生活从这开始
9月18日早上,随着清晨的第一缕阳光照亮湖南科技大学,土木工程学院的新生学子们与其他新生共同来到了湖南科技大学第一田径场,准备迎来隆重的开学典礼暨军训动员大会,也是新生们在湖南科技大学的起点。在欣…
吉林农业大学人文学院赴福建省福州市开展“好年华·聚福州”专项活动
为深入学习贯彻党的二十大精神和习近平总书记来闽考察重要精神,2023年福州市开展出台的《关于进一步推动夜色经济发展的指导意见》和《福州市夜色经济体验示范街区建设提升专项行动方案》,力争将“夜福州、…
星火点燃希望 共创生态家园
7月24日,南京师范大学泰州学院人文传媒学院“星火成炬,丹心筑梦”暑期社会实践团队的队员,利用这个暑假,为了响应国家乡村振兴的强烈号召,深入贯彻新时代中国特色社会主义生态文明思想,以高品质生态环境…
烟大学子三下乡:以梦为马
时间如白驹过隙般划过,大学生暑期三下乡活动已经接入尾声,这次活动给我们带来的巨大影响却远没有结束。说起我们的大学生活,光有书本知识,锻炼的机会是非常少的。能参加这次暑期三下乡社会实践活动我深感…
烟大学子三下乡:学思践悟,笃行不怠
奋斗是青春最靓丽的底色,行动是最有效的磨砺。人生理想的风帆要靠奋斗来扬起。每个青年都应该保持初生牛犊不怕虎,越是艰险越向前的刚健勇毅。永立时代潮头,争做时代先锋,坚持艰苦奋斗。我们是社会未来的…
烟大学子三下乡:书写青春答卷,奔赴美好未来
步入炎炎盛夏,我们恋恋不舍地告别初夏的似水柔情,怀揣着憧憬步入流火的七月,共赴一场属于梦想的“乡约”。我们相约于此,坚信着星星之火可以点燃漆黑的夜,点亮留守儿童内心暗淡的天空也无比期待着微光可…