一、沸石分子篩的性能
1、吸附性能
沸石分子篩的(de)(de)吸附是(shi)一種物(wu)理變化過程。產生吸附的(de)(de)原因主要(yao)是(shi)分(fen)(fen)子(zi)引力(li)作用(yong)在(zai)固體(ti)表(biao)(biao)面產生的(de)(de)一種“表(biao)(biao)面力(li)”,當(dang)流體(ti)流過時,流體(ti)中(zhong)的(de)(de)一些分(fen)(fen)子(zi)由于做不規則運(yun)動而碰撞到吸附劑表(biao)(biao)面,在(zai)表(biao)(biao)面產生分(fen)(fen)子(zi)濃聚(ju),使流體(ti)中(zhong)的(de)(de)這種分(fen)(fen)子(zi)數目(mu)(mu)減少,達到分(fen)(fen)離、清除的(de)(de)目(mu)(mu)的(de)(de)。
由(you)于(yu)吸附不發(fa)生化學變化,只要(yao)設法將濃(nong)聚在表面的分子趕跑,沸石分子篩就又(you)具有吸附能(neng)力,這一(yi)過程是吸附的逆過程,叫(jiao)解析(xi)或再生。
由(you)于沸石(shi)分(fen)子篩(shai)孔(kong)徑(jing)均勻,只有當分(fen)子動力學(xue)直徑(jing)小于沸石(shi)分(fen)子篩(shai)孔(kong)徑(jing)時才能很容易進入晶穴內(nei)部(bu)而被(bei)(bei)吸(xi)附(fu),所以沸石(shi)分(fen)子篩(shai)對于氣體和(he)液體分(fen)子就猶如篩(shai)子一樣,根(gen)據分(fen)子的大小來(lai)決定是否(fou)被(bei)(bei)吸(xi)附(fu)。
由于沸石分子(zi)(zi)篩晶(jing)穴內還有著較強(qiang)的極(ji)性(xing)(xing),能與含極(ji)性(xing)(xing)基團的分子(zi)(zi)在(zai)沸石分子(zi)(zi)篩表面發生強(qiang)的作用,或是通過誘導使可極(ji)化的分子(zi)(zi)極(ji)化從而產生強(qiang)吸附。
這種極性或易(yi)極化(hua)的(de)分(fen)(fen)(fen)子易(yi)被極性沸石(shi)分(fen)(fen)(fen)子篩吸附的(de)特性體現出沸石(shi)分(fen)(fen)(fen)子篩的(de)又(you)一種吸附選擇性。
2、離子交換性能
通常所說的(de)(de)離(li)(li)子交換是指沸(fei)石(shi)分(fen)子篩(shai)(shai)骨(gu)架(jia)外的(de)(de)補(bu)償(chang)陽離(li)(li)子的(de)(de)交換。沸(fei)石(shi)分(fen)子篩(shai)(shai)骨(gu)架(jia)外的(de)(de)補(bu)償(chang)離(li)(li)子一般是質子和堿(jian)金屬(shu)或堿(jian)土金屬(shu),它們很容易在金屬(shu)鹽的(de)(de)水溶液中被離(li)(li)子交換成各(ge)種價(jia)態的(de)(de)金屬(shu)離(li)(li)子型(xing)沸(fei)石(shi)分(fen)子篩(shai)(shai)。
離(li)(li)子在一定的(de)(de)條件(jian)下,如(ru)水(shui)溶(rong)液(ye)或(huo)受(shou)較高溫(wen)度(du)時(shi)比較容易遷(qian)移(yi)。在水(shui)溶(rong)液(ye)中,由于沸(fei)石分(fen)子篩(shai)對離(li)(li)子選(xuan)擇性的(de)(de)不同(tong),則(ze)可表現出不同(tong)的(de)(de)離(li)(li)子交換(huan)性質。金屬陽離(li)(li)子與沸(fei)石分(fen)子篩(shai)的(de)(de)水(shui)熱離(li)(li)子交換(huan)反應是(shi)自由擴散過程(cheng)。擴散速度(du)制約著交換(huan)反應速度(du)。
通過離(li)子交換可以改變沸石分子篩孔徑的(de)大(da)小,從而改變其性能,達到擇形(xing)吸附(fu)分離(li)混(hun)合物的(de)目的(de)。
沸石(shi)分子(zi)(zi)篩經離(li)(li)子(zi)(zi)交(jiao)換后(hou),陽離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)數目、大(da)小和位置發生改變,如高價陽離(li)(li)子(zi)(zi)交(jiao)換低價陽離(li)(li)子(zi)(zi)后(hou)使(shi)沸石(shi)分子(zi)(zi)篩中的(de)(de)陽離(li)(li)子(zi)(zi)數目減少,往往造(zao)成位置空缺使(shi)其(qi)(qi)孔(kong)徑變大(da);而半(ban)徑較(jiao)(jiao)大(da)的(de)(de)離(li)(li)子(zi)(zi)交(jiao)換半(ban)徑較(jiao)(jiao)小的(de)(de)離(li)(li)子(zi)(zi)后(hou),則易使(shi)其(qi)(qi)孔(kong)穴受到(dao)一定的(de)(de)阻塞,使(shi)有(you)(you)效孔(kong)徑有(you)(you)所減小。
3、催化性能
沸(fei)石分子篩具(ju)(ju)有(you)(you)獨特的規整晶(jing)體結構,其中每一(yi)類都(dou)具(ju)(ju)有(you)(you)一(yi)定尺寸、形狀(zhuang)的孔道結構,并具(ju)(ju)有(you)(you)較大比表面積。
大部分(fen)沸石分(fen)子篩(shai)表面具有(you)較強的(de)酸中心,同時晶孔內有(you)強大的(de)庫侖場起極化作用。這些特(te)性使它成為性能(neng)優異的(de)催化劑(ji)。
多相催(cui)(cui)化反(fan)應是在固體催(cui)(cui)化劑(ji)上(shang)進行的,催(cui)(cui)化活性與催(cui)(cui)化劑(ji)的晶(jing)孔大小(xiao)有(you)關(guan)。沸(fei)石(shi)分(fen)子篩作為催(cui)(cui)化劑(ji)或催(cui)(cui)化劑(ji)載(zai)體時(shi),催(cui)(cui)化反(fan)應的進行受到沸(fei)石(shi)分(fen)子篩晶(jing)孔大小(xiao)的控制。晶(jing)孔和(he)孔道的大小(xiao)和(he)形(xing)狀都可以對催(cui)(cui)化反(fan)應起(qi)著選擇性作用。在一(yi)般(ban)反(fan)應條件(jian)下沸(fei)石(shi)分(fen)子篩對反(fan)應方(fang)向起(qi)主導作用,呈現了擇形(xing)催(cui)(cui)化性能,這(zhe)一(yi)性能使沸(fei)石(shi)分(fen)子篩作為催(cui)(cui)化新材料具(ju)有(you)強大生命力。
二、沸石分子篩的結構
它具有晶體的結構和(he)特征,表面為固(gu)體骨架,內(nei)部的孔(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)可(ke)起(qi)到(dao)吸(xi)附(fu)分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)的作用。孔(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)之間(jian)有孔(kong)(kong)(kong)(kong)道相互連接,分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)由孔(kong)(kong)(kong)(kong)道經過。由于孔(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)的潔凈性(xing)質(zhi),分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)篩的孔(kong)(kong)(kong)(kong)徑分(fen)(fen)(fen)(fen)布非常均一。分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)篩依據其晶體內(nei)部孔(kong)(kong)(kong)(kong)穴(xue)的大小(xiao)對分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)進(jin)行選擇性(xing)吸(xi)附(fu),也就是吸(xi)附(fu)一定大小(xiao)的分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)而排斥較大物質(zhi)的分(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)。
沸石分子(zi)篩按其孔(kong)或通道體系可(ke)分為小孔(kong),中孔(kong)(介孔(kong))和(he)雙孔(kong)沸石三個組別。可(ke)用于富(fu)氧空氣的變(bian)壓吸附分離。
三、沸石分子篩的應用
沸石(shi)(shi)分(fen)子篩晶(jing)體具(ju)有(you)吸(xi)附性(xing)、可(ke)(ke)交換(huan)性(xing)等諸(zhu)多優良(liang)性(xing)能(neng),所(suo)以(yi)被(bei)廣泛(fan)應用于(yu)(yu)石(shi)(shi)油化(hua)(hua)工(gong)(gong)工(gong)(gong)業(ye)、洗滌(di)劑工(gong)(gong)業(ye)、精(jing)細化(hua)(hua)工(gong)(gong)等工(gong)(gong)業(ye)。在沸石(shi)(shi)分(fen)子篩的(de)(de)研(yan)究中,以(yi)廉(lian)價(jia)天然礦物為原(yuan)料制備分(fen)子篩和(he)其功(gong)能(neng)性(xing)的(de)(de)研(yan)究是該(gai)領域中最(zui)具(ju)有(you)價(jia)值的(de)(de)研(yan)究之一。紅輝(hui)沸石(shi)(shi)屬于(yu)(yu)輝(hui)沸石(shi)(shi)族,是其中的(de)(de)一個礦物種,紅輝(hui)沸石(shi)(shi)以(yi)含(han)水架狀鋁硅酸鹽為基礎(chu)結構,在不(bu)同溫度環境(jing)(jing)下對各種陽離子具(ju)有(you)選擇吸(xi)附性(xing),且(qie)具(ju)有(you)良(liang)好的(de)(de)催化(hua)(hua)功(gong)能(neng)、可(ke)(ke)加(jia)工(gong)(gong)性(xing)能(neng)、低硬度、低熱膨脹性(xing)能(neng),且(qie)熱穩定(ding)性(xing)較(jiao)好,被(bei)廣泛(fan)應用于(yu)(yu)環境(jing)(jing)材料,農牧業(ye)改良(liang),化(hua)(hua)工(gong)(gong)添加(jia)劑和(he)吸(xi)附劑等領域。
1、畜牧業生產
分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)獨特的(de)(de)(de)(de)結構決定(ding)了其有(you)良(liang)好的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附性(xing)能(neng)(neng)和離子(zi)交換性(xing)能(neng)(neng),利用分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)為載體,吸(xi)附接枝抗(kang)菌(jun)(jun)物質制成飼料(liao)添加劑,可(ke)以增加抗(kang)菌(jun)(jun)劑的(de)(de)(de)(de)緩釋(shi)能(neng)(neng)力,提高抗(kang)菌(jun)(jun)劑利用效率,從(cong)而(er)達到事半功倍的(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de),同(tong)時,分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)自身也具有(you)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)殺菌(jun)(jun)能(neng)(neng)力,能(neng)(neng)提高牲畜(chu)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)病能(neng)(neng)力,且分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)無毒無害,性(xing)能(neng)(neng)穩定(ding),不會(hui)被動物吸(xi)收。利用分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)吸(xi)附二甲酸(suan)鉀(jia)制得的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)子(zi)篩(shai)抗(kang)菌(jun)(jun)劑能(neng)(neng)大(da)幅度提高二甲酸(suan)鉀(jia)的(de)(de)(de)(de)抑菌(jun)(jun)能(neng)(neng)力。
2、醫藥產業
利用分子(zi)(zi)篩(shai)(shai)良好的(de)吸(xi)附性(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)(he)分散性(xing)(xing)能(neng)(neng),可(ke)以(yi)作為藥物(wu)的(de)載體,對藥物(wu)中的(de)有效(xiao)成(cheng)分進行吸(xi)附接枝,可(ke)以(yi)提高藥物(wu)的(de)緩(huan)釋(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng),增強(qiang)藥效(xiao),延長藥物(wu)作用的(de)時間,且分子(zi)(zi)篩(shai)(shai)無毒無害,服用之(zhi)后在人身體內不發生吸(xi)收,對身體無毒副作用。還可(ke)以(yi)載入特定病菌,有效(xiao)地抑制(zhi)細菌生長。沸石分子(zi)(zi)篩(shai)(shai)良好的(de)離子(zi)(zi)交(jiao)換(huan)性(xing)(xing)能(neng)(neng)可(ke)以(yi)吸(xi)附交(jiao)換(huan)重金屬離子(zi)(zi),從而可(ke)以(yi)制(zhi)備(bei)高度(du)活性(xing)(xing)和(he)(he)耐久(jiu)性(xing)(xing)的(de)抗菌劑(ji)。
3、污水處理
天然(ran)紅輝(hui)沸石具有一(yi)定的(de)離(li)(li)子(zi)交(jiao)換和吸(xi)附(fu)性(xing)能(neng),利用其性(xing)能(neng)可(ke)(ke)以(yi)從污(wu)(wu)水(shui)中吸(xi)附(fu)氨氮,從而達到(dao)凈化(hua)污(wu)(wu)水(shui)的(de)效果。天然(ran)紅輝(hui)沸石經過(guo)特殊處(chu)理之后,可(ke)(ke)以(yi)形成(cheng)分子(zi)篩(shai),分子(zi)篩(shai)的(de)離(li)(li)子(zi)交(jiao)換與吸(xi)附(fu)性(xing)能(neng)遠遠高于天然(ran)沸石,這使其能(neng)夠更好地(di)吸(xi)附(fu)污(wu)(wu)水(shui)中的(de)重金屬離(li)(li)子(zi)及(ji)其他有害離(li)(li)子(zi),如:鎳、鋅、鉻、鎘、汞、鐵等離(li)(li)子(zi)及(ji)酚、氨氮、三氮、磷酸根離(li)(li)子(zi)等有機物,因此(ci),分子(zi)篩(shai)是處(chu)理污(wu)(wu)水(shui)的(de)新型(xing)材料。
4、農業
利用分子篩的(de)(de)(de)吸附性能及陽離(li)子交(jiao)(jiao)換性能,可(ke)以(yi)改良土壤(rang)(rang)性能,降低土壤(rang)(rang)pH,提(ti)高(gao)農(nong)作物(wu)(wu)(wu)(wu)需要(yao)的(de)(de)(de)微量元素的(de)(de)(de)供應(ying),交(jiao)(jiao)換農(nong)作物(wu)(wu)(wu)(wu)所需要(yao)的(de)(de)(de)K、Na、Mg、Ca等離(li)子,起(qi)到間接(jie)肥(fei)(fei)的(de)(de)(de)作用。同(tong)時(shi),分子篩可(ke)以(yi)吸附雙氫胺等物(wu)(wu)(wu)(wu)質配成肥(fei)(fei)料緩釋(shi)劑,不僅(jin)大(da)幅度(du)提(ti)高(gao)了氮(dan)肥(fei)(fei)實際利(li)用率,延(yan)長氮(dan)肥(fei)(fei)有效期,還可(ke)以(yi)改善(shan)農(nong)作物(wu)(wu)(wu)(wu)營養(yang)狀況,提(ti)高(gao)農(nong)作物(wu)(wu)(wu)(wu)生長活(huo)力和抵(di)御病毒能力,最終達(da)到農(nong)作物(wu)(wu)(wu)(wu)增(zeng)產(chan)增(zeng)收(shou)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。