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分子筛的主要结构:
分子筛的化学组成通式为:(M)2/nO· Al2O3·xSiO2·pH2O,M代表金属离子(人工合成时通常为Na),n代表金属离子价数, x代表SiO2的摩尔数,也称为硅铝比,p代表水的摩尔数。分子筛骨架的基本结构是 SiO4和AlO4四面体,通过共有的氧原子结合而形成三维网状结构的结晶。这种结合形式,构成了具有分子级、孔径均匀的空洞及孔道。由于结构不同,形式不同,“笼”形的空间孔洞分为α、β、γ、六方柱、八面沸石等 “笼”的结构。
分子筛在干燥及净化领域的应用:
1、脱水:利用低硅铝比的沸石分子筛(如 A型,X型等)的极性亲水性,可以进行空气的干燥。另外近年来将乙醇掺入汽油中替代部分汽油受到广泛重视,作为燃料的乙醇要求其中的水含量低于 0.8%,而由于乙醇和水的共沸,使得通过精馏只能得到 95%的乙醇,对于含水量较低的乙醇脱水,沸石分子筛吸附脱水是优的选择;
此方法中应用的沸石分子筛是A 或X型,而KA 型好,这一方面利用了 A型沸石分子筛的极性,另一方面由于KA沸石分子筛的孔道直径约 0.3nm,水分子可自由进入,而乙醇分子直径大于 0.3nm 不能进入沸石分子筛的孔道。此种沸石分子筛脱水工艺是工业上生产燃料乙醇的工艺;
2、净化空气中的污染物:随着工业的迅速发展,H2S、SO2、NOX以及甲醛的排放量日益增多,造成的污染给人们的生活和环境带来了严重的危害。
分子筛的吸附特性:
分子筛对于H2O、NH3、H2S、CO2等高分子极性具有很高的亲和力,特别是对于水,在低分压(甚至在133帕以下)或低浓度,高温(甚至在100℃以上)等十分苛刻的条件下仍有很高的吸附容量;
1、低分压或低浓度下的吸附:在相对湿度30% 时分子筛的吸水量比硅胶,活性氧化铝都高。随着相对湿度的降低,分子筛的性越发显著,而硅胶,活性氧化铝随着湿度的增加,吸附量不断增加,在相对湿度很低时,它们的吸附量很少;
2、高温吸附:分子筛是可用的高温吸附剂。在100 ℃和1.3 %相对湿度时分子筛可吸附15%重量的水分,比相同条件下活性氧化铝的吸水量大10倍;而比硅胶大20倍以上。所以在较高的温度下,分子筛仍能吸附相当数量的水分,而活性氧化铝,特别是硅胶,大大丧失了吸附能力;
3、高速吸附:分子筛对像水等极性分子在分压或浓度很低时的吸附速率要远远超过硅胶,活性氧化铝。虽然在相对湿度很高时,硅胶的平衡吸水量要分子筛,但随着吸附质的线速度的提高,硅胶的吸水率越来越不如分子筛。
分子筛是一类结晶的硅铝酸盐,由于它具有均一的孔径和的比表面积,所以具有许多的特点。
1、按分子的大小和形状不同的选择吸附作用,即只吸附那些小于分子筛孔径的分子;
2、对于小的极性分子和不饱和分子,具有选择吸附性能,极性越大,不饱和度越高,其选择吸附性越强;
3、具有强烈的吸水性。哪怕在较高的温度、较大的空速和含水量较低的情况下,仍有相当高的吸水容量。
5A分子筛的有效孔径为5Å(0.5nm),可以吸附小于其孔径的任何分子,一般称为钙分子筛。它除了具有3A,4A分子筛所具有的功效外,还可吸附C3-C4正构烷烃,氯乙烷,溴乙烷,丁醇等;可用于正异构烃分离、变压吸附分离及水和二氧化碳的共吸附,基于5A分子筛的工业特点,其选择吸附性高、吸附速度快、特别适用于变压吸附,可适应各种大小的制氧、制氢、制二氧化碳等气体变压吸附装置,是变压吸附行业中的。
4A分子筛作为洗涤剂助剂的作用主要是交换水中的钙离子产生软化水,去除污垢和防止污垢再沉积。4A分子筛是目前代磷助洗剂中应用多和应用成熟的产品。4A分子筛替代三聚磷酸钠作洗涤助剂对解决环境污染有着重大作用。4A分子筛还可用作香皂的成型剂、牙膏的摩擦剂等。
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