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走进分子筛的大课堂

June 26, 2019 金属填料 381

  今天江华环保带大家走进分子筛的课堂。我们一同通过分子筛的类型、主要特征、特性等去全面认识一下分子筛。

       一、分子筛类型

  分为类型:A型,X型和Y型分子筛。分子筛(又称合成沸石)是一种硅铝酸盐微孔晶体,由SiO和AIO四面体和框架结构组成。金属阳离子(例如Na,金属填料K,Ca等)存在于分子筛晶格中以平衡四面体中的过量负电荷。

       分子筛的类型主要分为晶体结构:A型,X型,Y型和其他类型A:主要成分是铝硅酸盐,孔径为4A(1A=10-10米),称为4A (又称纳米A型)分子筛;在4A分子筛中用Na +交换Ca2 +形成5A孔径,即5A(也称为钙A型)分子筛;交换K + 4A分子筛Na +形成3A孔径,即3A(也称为钾A型)分子筛。 X型:硅铝酸盐的晶体结构不同(硅与铝的比例不同),形成的孔径为9μm。 10A分子筛晶体,称为13X(又称钠X)分子筛;在13X分子筛中用Na +交换Ca +,形成孔径为9A的分子筛晶体,称为10X(也称为钙X型)分子筛Y型:Y型分子筛具有类似X型分子的烃结构筛选碳氢化合物,但化学成分不同(硅铝相对较大)通常用于催化领域。

  二、主要特征

  1.物理性质:比热:约0.95KJ/KgXK(0.23Kcal/KgX°C导热系数(脱水):2.09KJ/MXK(0.506Kcal/mX°C水吸附热:约3780KJ/Kg(915Kcal/Kg)

       2.热稳定性和化学稳定性:

  分子筛可承受600℃的短时间温度。 700℃,但再生温度通常低于400℃。分子筛可用于pH范围为5-10的介质中;一些金属阳离子可以在盐溶液中交换。 

       三、分子筛的特性

  它是一种结晶硅铝酸盐,由于其均匀的孔径和极高的比表面积,弹性填料具有许多优异的特性。 

     (1)根据分子的大小和形状进行选择性吸附,即仅吸附小于分子筛孔径的那些分子。

     (2)对于小极性分子和不饱和分子,它具有选择性吸附性能,极性越大,不饱和度越高,选择性吸附越强。 

    (3)吸水性强。即使在更高的温度,更高的空速和更低的水含量下,仍然具有相对高的吸水能力。

  3.1基本特性:

      a)水或各种气体和液体化合物的可逆吸附和解吸附。

      b)金属阳离子易于更换。

      c)内部空腔和通道形成非常高的内表面积。其内表面可以高于分子筛颗粒的外表面积的10,000至100,000倍。

  3.2,高效吸附特性:

  分子筛对高分子极性如H2O,NH3,H2S,CO2具有高亲和力,特别是对于水,低分压(甚至低于133Pa)或低浓度,高温(甚至高于100℃)。在恶劣条件下仍具有高吸附能力。

       1.低分压或低浓度吸收

       当相对湿度为30%时,分子筛的吸水率高于硅胶和活性氧化铝。随着相对湿度的降低,分子筛的优越性越来越明显。然而,硅胶,活性氧化铝随着湿度的增加而增加,并且当相对湿度非常低时吸附量小。

       2.高温吸附

  分子筛是唯一可用的高温吸附剂。在100℃和1.3%相对湿度下,分子筛可以吸附15%重量的水,在相同条件下比活性氧化铝大10倍;比硅胶大20倍。因此,在较高温度下,分子筛仍然可以吸收大量的水,并且活性氧化铝,尤其是硅胶,大大失去其吸附能力。

       3.高速吸附

  分子筛对分子筛(例如水)的分子压力或浓度非常低的极性分子具有比硅胶和活性氧化铝高得多的吸附速率。虽然相对湿度高时硅胶的平衡吸水率高于分子筛,但随着吸附质线速度的增加,硅胶的吸水率不如分子筛高。

      离子交换分子筛的一个重要特性是进行可逆离子交换的能力。通过这种交换,其吸附和催化性能得到改善,从而产生了广泛的应用(例如用于软化水和废水处理)。 

      催化性能分子筛晶体具有均匀的孔结构,孔径与正常分子相当;它们具有大的表面积。而且,表面极性非常高;平衡骨架负电荷的阳离子可以进行离子交换;一些催化活性金属也可以交换并引入晶体中,然后还原成具有极高分散性的元素态;和分子筛骨架结构的稳定性非常高。这些结构性质使得分子筛不仅是优异的吸附剂,而且是有效的催化剂和催化剂载体。

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