分子篩工作原理及性能
分子篩是一種包含有和單一的微小孔洞的材料,可用于吸附氣體或液體。足夠小的分子可以通過(guò)孔道被吸附,而更大的分子則不能。與一個(gè)普通篩子不同的是它在分子水平上進(jìn)行操作。例如,一個(gè)水分子小到可以通過(guò)但比它大一點(diǎn)的分子就不行。因此,分子篩常用用來(lái)作干燥劑。一個(gè)分子篩能吸附高達(dá)其自身重量22%的水分。分子篩常被應(yīng)用到石油工業(yè),特別是用來(lái)純化氣體。例如可用硅膠吸附天然氣中的汞對(duì)鋁制管道和其他液化設(shè)備的腐蝕。
分子篩工作原理:
吸附功能:分子篩對(duì)物質(zhì)的吸附來(lái)源于物理吸附(范德華力),其晶體孔穴內(nèi)部有很強(qiáng)的極性和庫(kù)侖場(chǎng),對(duì)極性分子(如水)和不飽和分子表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸附能力。
篩分功能:分子篩的孔徑分布非常均一,只有分子直徑小于孔穴直徑的物質(zhì)才可能進(jìn)入分子篩的晶穴內(nèi)部。
通過(guò)吸附的優(yōu)先順序和尺寸大小來(lái)區(qū)分不同物質(zhì)的分子,所以被形象的稱(chēng)為“分子篩”。
分子篩種類(lèi):
分子篩有天然沸石和合成沸石兩種。①天然沸石大部分由火山凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)沉積巖在海相或湖相環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)而形成。目前已發(fā)現(xiàn)有1000多種沸石礦,較為重要的有35種,常見(jiàn)的有斜發(fā)沸石、絲光沸石、毛沸石和菱沸石等。主要分布于美、日、法等國(guó),中國(guó)也發(fā)現(xiàn)有大量絲光沸石和斜發(fā)沸石礦床,日本是天然沸石開(kāi)采量zui 大的國(guó)家。②因天然沸石受資源限制,從20世紀(jì)50年代開(kāi)始,大量采用合成沸石。
商品分子篩常用前綴數(shù)碼將晶體結(jié)構(gòu)不同的分子篩加以分類(lèi),如3A型、4A型、型分子篩。4A型即表中A類(lèi),孔徑4Å;。含Na+的A型分子篩記作Na-A,若其中Na+被K+置換,孔徑約為3Å;,即為3A型分子篩;如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置換,孔徑約為5Å;,即為型分子篩。
分子篩性能:
分子篩為粉末狀晶體,有金屬光澤,硬度為3~5,相對(duì)密度為2~2.8,天然沸石有顏色,合成沸石為白色,不溶于水,熱穩(wěn)定性和耐酸性隨著SiO2/Al2O3組成比的增加而提高。分子篩有很大的比表面積,達(dá)300~1000m2/g,內(nèi)晶表面高度極化,為一類(lèi)吸附劑,也是一類(lèi)固體酸,表面有很高的酸濃度與酸強(qiáng)度,能引起正碳離子型的催化反應(yīng)。當(dāng)組成中的金屬離子與溶液中其他離子進(jìn)行交換時(shí),可調(diào)整孔徑,改變其吸附性質(zhì)與催化性質(zhì),從而制得不同性能的分子篩催化劑。