沸石蜂窩分子篩
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                        沸石蜂窩分子篩的作用機理是什么?

                        2020-06-11 10:32:13

                        蜂窩狀沸石分子篩

                        沸石蜂窩分子篩的作用機理是什么?


                        沸石蜂窩分子篩是一族含水的具有連通孔道的呈架狀構造的堿或堿土金屬的硅酸鹽或鋁硅酸鹽礦物;沸石具有很好的熱穩定性和吸附性能,廣泛應用于農業、石油化工、建筑材料、陶瓷、冶金、醫藥、催化劑、洗滌助劑、日用化工等領域。


                        1)離子交換性能


                        離子交換性是沸石巖重要性質之一。在沸石晶格中的空腔(孔穴)中K、Na、Ca等陽離子和水分子與格架結合得不緊,極易與其周圍水溶液里的陽離子發生交換作用,交換后的沸石晶格結構也不被破壞。據查證,國內斜發沸石巖對NH4+離子的總交換容量在50~220 mmol/100g之間變化,對K+離子的總交換容量一般為9~26mg/g,極少數在9mg/g以下。而絲光沸石巖對NH4+離子的總交換容量一般為50~188.73 mmol/100g,K+離子的總交換容量一般為1~9mg/g,極少數在9mg/g以上。故斜發沸石巖和絲光沸石巖的NH4+離子交換容量均較高,但絲光沸石巖的K+離子交換容量大大低于斜發沸石巖,這是由其內部結構等特點決定的。


                        2)吸附性能


                        沸石蜂窩分子篩具有很大的比表面積(500-1000米2/克)因而能產生較大的擴散力,故可用作出色的吸附劑。沸石晶格內部有很多大小均一的孔穴和通道,孔穴之間通過開口的通道彼此相連,并與外界溝通??籽ê屯ǖ赖捏w積占沸石晶體體積的50%以上,其中存在許多脫附自由的沸石水。沸石水的多少,可隨外界的溫度和濕度變化而變化。沸石內部的孔穴和通道,在一定的物理化學條件下,具有固定的直徑(約3~11?),各種不同的沸石,其直徑也不同,小于這個直徑的物質能被其吸附,而大于這個直徑的物質則被排除在外。這種現象被稱為“分子篩”作用。但并非所有的沸石都能起分子篩作用。有些沸石孔徑太小,就沒有篩分分子的作用。沸石不僅具有吸附水的性能,而且還具有吸附氧化鈣、SO2、F2、氮、銨、甲醇以及吸附放射性物質的性能,以浙江縉云絲光沸石為例,吸附氧化鈣為150.01mg/g,吸銨量177.47mmol/100g,SO2120mg/g,氮吸附量(STP)為12.93~17.11 mg/g,甲醇55.4 mg/g。


                        3)催化性能


                        由于沸石具有很大的吸附表面,可以容納相當多數量的吸附物質,因而能促使化學反應在其表面上進行,所以沸石又作為有效的催化劑和催化載體。另外沸石有鋁硅酸鹽格架電荷,以及平衡離子的電荷,具有局部的高電場和格架上產生酸性位置,因而可以用于加速碳離子型的反應。此外它還能以交換具有催化活性的金屬(如Pt、Pa等),使其能得到很大程度的分散,保持高的活性同時又可減少貴金屬的用量。


                        4)熱穩定性


                        沸石巖的熱穩定性與沸石巖中所含陽離子的種類、沸石的硅鋁比、沸石的內部結構等因素有關。就熱穩定性而言,一般絲光沸石優于斜發沸石和方沸石,鉀型或鈉型沸石優于鈣型或鉀鈣型斜發沸石,(我國斜發沸石屬于后者),高硅沸石優于低硅沸石(我國的沸石屬于高硅沸石)。國內沸石巖的熱穩定性各地不一。浙江省縉云縣老虎頭斜發沸石,連續加熱650℃12小時后,原有結構大部保持,但加熱到800℃時結構全被破壞。而河北省圍場斜發沸石巖加熱到350-450℃,沸石晶體結構受到破壞,而河北赤城獨石口斜發沸石巖加熱到600-700℃(保溫2小時),沸石晶體結構才完全破壞。


                        5)耐酸性


                        蜂窩狀沸石分子篩具有良好的耐酸性,如山東省斜發沸石和絲光沸石巖用不同濃度的鹽酸在100°C下處理2小時,試驗證明兩者均有較強的耐酸性,其中斜發沸石在4N鹽酸中處理,絲光沸石在10mol/L鹽酸中處理,晶體結構均未被破壞。


                        此外,沸石還具有化學反應性、遠紅外輻射性、可逆脫水性等工藝性能。


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