分子篩是一種人工合成的具有篩選分子作用的水合硅鋁酸鹽(泡沸石)或天然沸石。其化學通式為(M′2M)O·Al2O3·xSiO2·yH2O,M′、M分別為一價、二價陽離子如K+、Na+和Ca2+、Ba2+等。它在結(jié)構(gòu)上有許多孔徑均勻的孔道和排列整齊的孔穴,不同孔徑的分子篩把不同大小和形狀分子分開。根據(jù)SiO2和Al2O3的分子比不同,得到不同孔徑的分子篩。
分子篩其型號有:3A(鉀A型)、4A(鈉A型)、5A(鈣A型)、10Z(鈣Z型)、13Z(鈉Z型)、Y(鈉Y型)、鈉絲光沸石型等。它的吸附能力高、選擇性強、耐高溫。廣泛用于有機化工和石油化工,也是煤氣脫水的優(yōu)良吸附劑。在廢氣凈化上也日益受到重視。
分子篩的主要結(jié)構(gòu):
分子篩的化學組成通式為:(M)2/nO· Al2O3·xSiO2·pH2O,M代表金屬離子(人工合成時通常為Na),n代表金屬離子價數(shù), x代表SiO2的摩爾數(shù),也稱為硅鋁比,p代表水的摩爾數(shù)。分子篩骨架的基本結(jié)構(gòu)是 SiO4和AlO4四面體,通過共有的氧原子結(jié)合而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)晶。這種結(jié)合形式,構(gòu)成了具有分子級、孔徑均勻的空洞及孔道。由于結(jié)構(gòu)不同,形式不同,“籠”形的空間孔洞分為α、β、γ、六方柱、八面沸石等 “籠”的結(jié)構(gòu)。
分子篩基本特性:
分子篩對水或各種氣,液態(tài)化合物可逆吸附及脫附;
金屬陽離子易被交換;
分子篩內(nèi)部空腔和通道形成非常高的內(nèi)表面積。
1、根據(jù)分子大小和形狀的不同選擇吸附——分子篩效應(yīng):分子篩晶體具有蜂窩狀的結(jié)構(gòu),晶體內(nèi)的晶穴和孔道相互溝通,并且孔徑大小均勻,固定(分子篩空腔直徑一般在3—15埃之間),與通常分子的大小相當,只有那些直徑比較小的分子才能通過沸石孔道被分子篩吸附,而構(gòu)型龐大的分子由于不能進入沸石孔道,則不被分子篩吸附。而硅膠,活性氧化鋁和活性碳沒有均勻的孔徑,孔徑分布范圍十分寬廣,所以沒有篩分性能。
2、根據(jù)分子極性,不飽和度和極化率的選擇吸附:分子篩對于極性分子和不飽和分子有很高的親和力;在非極性分子中,對于極化率在的分子有較高的選擇吸附優(yōu)勢。此外,沸點越低的分子,越不易被分子篩所吸附。
4A分子篩是一種堿金屬硅鋁酸鹽,其孔徑為4?(0.4nm),主要用于吸附水、甲醇、硫化氫、二氧化硫、二氧化碳、乙烯、丙烯等臨界直徑不大于4?的分子,對水的選擇吸附性能任何其他分子,是工業(yè)上用量大的分子篩品種之一。
4A分子篩是一種堿金屬硅鋁酸鹽,能吸附水、NH3、H2S、二氧化硫、二氧化碳、C2H5OH、C2H6、C2H4等臨界直徑不大于4A的分子。廣泛應(yīng)用于氣體、液體的干燥,也可用于某些氣體或液體的精制和提純,如氬氣的制取。