沸石蜂窩分子篩
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                        沸石分子篩催化劑及其作用原理

                        2020-07-23 14:53:28

                        沸石蜂窩分子篩

                        沸石蜂窩分子篩催化劑及其作用原理


                        1.分子篩的概念


                        分子篩是具有均勻孔結構的結晶硅鋁酸鹽。分子篩含有大量的結晶水,加熱后可以蒸發和除去,因此它也被稱為沸石。通常在自然界中已知的所謂沸石稱為分子篩。它們的化學成分可表示為


                        沸石分子篩催化劑及其作用原理


                        Mx / n [(AlO2)x≤(SiO2)y]→ZH2O


                        其中M是金屬陽離子,n是其化合價,x是AlO2分子數,y是SiO2分子數,Z是水分子數。由于AlO2帶負電荷,金屬陽離子的存在使分子篩保持電中性。 。當金屬離子的化合價為n = 1時,M的原子數等于Al的原子數;如果n = 2,則M的原子數是Al的原子數的一半。


                        常用的分子篩有:蘇打型沸石,如A型分子篩;八面體沸石,如X型,Y型分子篩;絲光沸石(-M型);高硅型沸石,如ZSM-5等。分子篩在各種不同的酸性催化劑中提供高活性和不尋常的選擇性,并且大多數反應是由分子篩的酸性引起的,并且也是固體酸。在過去的20年中,它已被廣泛用于工業中,特別是在煉油工業和石化工業中作為工業催化劑。


                        2.分子篩的結構特征


                        沸石分子篩催化劑及其作用原理


                        (1)四個方面,三個層面:


                        分子篩的結構特征可分為四個方面和三個不同的結構水平。結構水平是最基本的結構單元,硅氧四面體(SiO4)和鋁氧四面體(AlO4),它們形成分子篩的骨架。相鄰的四面體通過氧橋連接成環。環是分子篩結構的二層。它分為環中的氧原子數。有四元氧環,五元氧環,六元氧環,八元氧環,十元氧環和十二元氧環。等待。環是分子篩的通道孔,并且充當分子通過的篩子。氧環通過氧橋彼此連接以形成具有三維空間的多面體。各種多面體是分子篩結構的三級。多面體具有空心籠,這是分子篩結構的重要特征?;\子分為阿爾法籠子,八面沸石籠子,貝塔籠子和伽瑪籠子。


                        (2)分子篩籠:


                        Alpha籠:它是A型分子篩骨架結構的主要孔隙。它是由六個四元環,八個六元環和六個八元環組成的六面體。保持架的平均孔徑為1.14nm,腔體積為760 [Å] 3。 α籠的大窗口是八元環,孔徑為0.41nm。巴林石籠:是構成X型和Y型分子篩骨架的主要孔,由18個四元環,4個六元環和4個十二元環組成??讖綖?.25nm,腔體積為850 [Å] 3.大孔徑窗口是十二元素環,孔直徑為0.74nm。八面花籠也被稱為超級籠。


                        籠籠:主要用于形成A型,X型和Y型分子篩的骨架結構。它是最重要的一種洞。它的形狀就像一個帶有頂部的正八面體。腔體積為160 [Å] 3窗口孔徑約為0.66nm,只允許小分子如NH3和H2O進入。


                        還有六角柱保持架和伽瑪籠,它們的尺寸很小,通常不會進入籠子。


                        不同結構的籠通過氧橋相互連接形成各種結構的分子篩,主要是A型,X型和Y型。


                        (3)幾種具有代表性的分子篩


                        A型分子篩


                        類似于NaCl的立方晶體結構。如果NaCl晶格中的Na +和Cl-全部被β籠取代,并且相鄰的β籠被γ籠連接,則獲得A型分子篩的晶體結構。八個β籠關節形成方鈉石結構。如果γ籠用于橋接,則獲得A型分子篩結構。該中心有一個大型的alpha籠。 α籠之間的通道有一個八元環窗,直徑為4Å所以它被稱為4A分子篩。如果4A分子篩上的70%Na +是Ca2 +交換,則八元環可以增加到5Å相應的沸石稱為5A分子篩。另一方面,如果70%的Na +是K +交換,則八元環直徑減小到3Å相應的沸石稱為3A分子篩。


                        X型和Y型分子篩


                        類似鉆石的密排六角形結構。如果β籠用作結構單元來代替金剛石的碳原子節點,并且相鄰的兩個β籠通過六角柱籠連接,則五個β籠通過四個六角柱籠連接在一起,其中一個是一個β籠。其中,剩余的四個β籠位于正四面體的頂點,形成八面體沸石型晶體結構。利用這種結構,繼續該結構,并獲得X型和Y型分子篩結構。在這種結構中,由β籠和六角柱籠形成的大籠子是八面沸石分子篩籠,它們的連通孔是十二元環,平均有效孔徑為0.74nm,是X型和Y-型。分子篩的孔徑。兩種模型的區別主要是由于Si / Al比的差異,X型為1~1.5; Y型為1.5~3.0。


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