分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物。分子篩具有均勻的微孔結構,它的孔穴直徑大小均勻,這些孔穴能把比其直徑小的分子吸附到孔腔的內部,并對極性分子和不飽和分子具有吸附能力,因而能把極性程度不同,飽和程度不同,分子大小不同及沸點不同的分子分離開來,即具有“篩分”分子的作用,故稱分子篩。由于分子篩具有吸附能力高,熱穩(wěn)定性強等其它吸附劑所沒有的優(yōu)點,使得分子篩獲得廣泛的應用。 在生物大分子領域,常見的有bio-rad SEC分子篩預裝柱。 美國科學家發(fā)現(xiàn),通過調整溫度,能夠地控制一種鈦硅酸鹽材料中的孔洞大小,制造出精密的新型分子篩。 一些晶體材料內部有著大量均勻的微孔,尺寸比孔洞小的分子能夠穿過,而大分子不能穿過,因此可以起到分離不同分子的作用,這類材料被稱為分子篩。
離子交換法 通常在水溶液中將Na-分子篩轉變?yōu)楹兴桕栯x子的分子篩,通式如下: 式中 Z-表示陰離子骨架,Me+表示需交換的陽離子,例如NH嬃、Ca2+、Mg2+、Zn2+等,原料通常為 中空玻璃分子篩氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽。溶液中不同性質的陽離子交換到分子篩上的難易程度不同,稱為分子篩對陽離子的選擇順序,例如:13X型分子篩的選擇順序為Ag+、Cu2+、H+、Ba2+、Au3+、Th4+、Sr2+、Hg2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Ca2+、Co2+、NH嬃、K+、Au2+、Na+、Mg2+、Li+。常用下列參數(shù)表示交換結果:交換度,即交換下來的Na+量占分子篩中原有Na+量的百分數(shù);交換容量,為每100克分子篩中交換的陽離子毫克當量數(shù);交換效率,表示溶液中陽離子交換到分子篩上的質量百分數(shù)。為了制取合適的分子篩催化劑,有時尚需將交換所得產(chǎn)物與其他組分調配,這些組分可能是其他催化活性組分、助催化劑、稀釋劑或粘合劑等,調配好的物料經(jīng)成型即可進行催化劑的活化。
分子篩產(chǎn)品屬于一種無機非金屬材料,廣泛應用于氣體分離與凈化、富氧燃燒、催化脫硝、核廢水處理、鹽堿地土壤治理和重金屬污染土壤修復等領域,是一種能夠實現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)境治理與生態(tài)修復作用的材料,按《關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》、《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020)》、《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》、《國家支持的高新技術領域》和《當前發(fā)展的高技術產(chǎn)業(yè)化領域指南》(2011年度)等國家政策文件,分子篩行業(yè)可歸類為新材料領域的無機非金屬材料行業(yè)。
由于分子篩具有的吸附性能、離子交換性能和催化性能,被廣泛用作吸附材料、離子交換材料以及催化材料,其中:吸附材料主要用于工業(yè)與環(huán)境領域各種氣體的分離、凈化與干燥,如天然氣、石油裂解氣等化工原料的脫水干燥、節(jié)能型建筑中空玻璃干燥劑、脫二氧化碳和脫硫、正異構烷烴的分離、二甲苯異構體的分離、烯烴分離、氧氮分離、制冷劑干燥等;離子交換材料主要應用于洗滌助劑、放射性廢料與廢液的處理;催化材料主要應用于石油煉制與加工、石油化工、煤化工與精細化工領域中大量工業(yè)催化過程。
2016年至2018年,全球分子篩吸附劑消費量復合增長率為5.01%,預計2018年至2025年,全球分子篩吸附劑消費量復合增長率達5.52%。全球分子篩吸附劑的消費數(shù)量和市場容量呈穩(wěn)步增長趨勢。
在特種分子篩方面:近年來,行業(yè)內企業(yè)正在開發(fā)特種氣體凈化用(如特殊氣氛中痕量成分比如氧、氮的極深度去除)的分子篩、揚聲器降頻分子篩、吸音分子篩、香煙內的香精香味離子交換與吸附分子篩等新興和特殊需求領域所需的分子篩吸附劑產(chǎn)品,進一步拓寬分子篩吸附劑的應用領域。
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