分子筛及吸附性能.ppt

一. 微孔分子筛 二. 介孔分子筛 三. 孔的类型及气体吸附知识 分子筛 1分子筛的定义 广义：具网状结构的天然或人工合成的化学物质 狭义：分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子筛分子尺寸大小（通常为0.3~2.0 nm）的孔道和空腔体系，从而具有筛分分子的特性。然而随着分子筛合成与应用研究的深入，研究者发现了磷铝酸盐类分子筛，并且分子筛的骨架元素（硅或铝或磷）也可以由B、Fe、Co、Zn、Be和Cu等取代，其孔道和空腔的大小也可达到2nm以上。 2.分类 分子筛按骨架元素组成可分为: 氧化硅分子筛 硅铝类分子筛 磷铝类分子筛 骨架杂原子分子筛 按孔道大小划分: 微孔分子筛 小于2 nm 介孔分子筛 2-50 nm 大孔分子筛 大于50 nm 不断发现新型结构的分子筛富有科学上的理论意义,而将已知结构的分子筛进行大规模的生产和利用则具有实际应用价值, 但目前这方面还存在很多问题(如合成技术的放大、合成成本的降低以及如何减轻合成废物对环境的污染等) 。因此, 尽管具有确认结构的微孔分子筛类型已达160余种, 但其中已被大规模工业生产和应用的不到20种 1.2.微孔分子筛的合成方法 微孔沸石的合成方法发展到目前为止主要有以下几种： 1水热体系合成法 2非水体系合成法 3蒸汽相体系合成法 4干粉体系合成法 5原位合成法 6微波辐射法 3.均一孔径：强烈筛分能力 ?筛分氧气与氮气：重要应用项目 ?分子筛膜：水与氢气；氢气与烃 燃料电池重要课题 ?气体分离 4.固体酸性催化剂：最大应用，广泛地应用在石油加工中 Exxon, Mobil, Shell,… GNP的很大比重 制备方法：NaZ?NH4Z ? HZ 国民经济发展的核心技术 ---50年代经济制裁的重要内容之一 分子筛改造AlCl3装置三废排放对比 高活性、高选择性+过程简化→投资↓、过程效率↑； 分子筛催化剂无毒无腐蚀性、可完全再生； 取得显著经济效益和环境效益。 机载分子筛 分子筛对空气中的氮分子有很大的吸附力，而对氧分子的吸附力很小。根据分子筛“变压吸附－解吸附”的原理，从飞机发动机来的增压气体先经过滤器进入减压器减压，然后由微机控制阀门交替地进入各个分子筛床气体经分子筛的微孔时，氮分子被吸附，剩下的就是含氧量很高的富氧气体了。其最大氧浓度可达95％。从分子筛床流出的富氧气体再经呼吸调节器按要求供给飞行员。 1、什么是介孔分子筛？ 国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）的定义： 介孔材料就是孔径在 2-50 nm 的材料， 介孔就是介于微孔和大孔之间。 1992 年，Mobil 的科学家们（Kresge等） 制备出孔道均匀、孔径可调的介孔M41S， 该材料包括： MCM-41； MCM–48； MCM-50； MCM 为 Mobil 公司合成的孔材料的系列名称， Mobil Composite of Matter MCM-41? 1992 年 Kresge等人在Nature杂志上首次报道了一种名为MCM-41的有序介孔材料，它是一种新型的纳米结构材料，具有孔道呈六方有序排列、大小均匀、孔径可在2-10nm?范围内连续调节、比表面积大等特点。 ? ?MCM-41介孔分子筛的孔径大大超出了常规沸石分子筛（孔径小于1.5nm的孔径范围）MCM-41是M41S族中的典型代表,它具有六方有序的孔道结构，孔径尺寸可随合成时加入导向剂及合成件的不同在(1.5～10)?nm之间变化，MCM-41孔径均匀，具有较高的比表面积(1000m2?/g)和大的吸附容量(0.?7mL/g)，有利于有机分子的自由扩散。是优良的催化剂载体。M41S1系列硅基介孔分子筛结构。孔径约3.5nm?晶格参数约为4.5nm?壁厚约1nm?壁表面积约1000㎡.g-1?孔体积约为1ml.g-1? MCM-41 MCM–41 exhibits an X-ray diffraction pattern (XRD) containing three or more low angle peaks (below 10° 2θ) that can be indexed to an hexagonal hkl lattice This particular sample has a unit cell of approximately 46 ? MCM-41 透射电镜 transmission electron micrograph (T