分子筛是一种结晶硅铝酸盐,因其均匀的孔径和极高的比表面积而具有许多优异的特性。
(1)根据分子的大小和形状进行选择性吸附,即只吸附那些小于分子筛孔径的分子;
(2)对于极性小分子和不饱和分子,具有选择性吸附性能。极性越大,不饱和度越高,选择性吸附越强;
(3)吸水性强。即使在较高的温度、较高的空速度和较低的含水量下,吸水能力仍相当高。
一、分子筛的基本特性
a)分子筛可逆地吸附和解吸水或各种气体和液体化合物;
b)金属阳离子容易交换;
c)分子筛的内空腔和通道形成很高的内表面积。其内表面可以比分子筛颗粒的外表面积高10000-100000倍;
1.根据不同的分子大小和形状选择吸附-分子筛效应
分子筛晶体为蜂窝状结构,晶体中的晶体空穴和孔隙相互连通,孔径均匀固定(分子筛的空穴直径空一般在3-15埃之间),相当于普通分子的大小。只有那些直径较小的分子才能通过沸石孔被分子筛吸附,而构型较大的分子因为不能进入沸石孔而不能被分子筛吸附。而硅胶、活性氧化铝、活性炭没有均匀的孔径,孔径分布范围很广,没有筛分性能。
2.根据分子极性、不饱和度和极化率的选择性吸附
分子筛对极性分子和不饱和分子的亲和力高;在非极性分子中,对极化率较高的分子具有较高的选择性吸附优势。此外,沸点较低的分子不太可能被分子筛吸附。
二、分子筛的高效吸附特性
分子筛对高分子极性如H2O、NH3、H2S、CO2等具有高亲和力。特别是对于水,在极苛刻的条件下,如低分压(甚至低于133 Pa)或低浓度高温(甚至高于100℃)下,它们仍然具有很高的吸附能力。
1.低分压或低浓度下的吸附
当相对湿度为30%时,分子筛的吸水率高于硅胶和活性氧化铝。随着相对湿度的降低,分子筛的优势越来越明显,而硅胶和活性氧化铝的吸附量随着湿度的增加而增加,当相对湿度很低时,它们的吸附量很小。
2.高温吸附
分子筛是高温下唯一可用的吸附剂。在100℃,相对湿度1.3%的条件下,分子筛可以吸收15%重量的水,比同等条件下活性氧化铝的吸水率大10倍。但是比硅胶大20多倍。因此,在较高的温度下,分子筛仍然可以吸收相当多的水,而活性氧化铝,尤其是硅胶,其吸附能力大大丧失。
3.高速吸附
分子筛在低分压或低浓度下对极性分子如水的吸附速率远高于硅胶和活性氧化铝。虽然在高相对湿度下,硅胶的平衡吸水率高于分子筛,但随着吸附质线速度的增加,硅胶的吸水率越来越低于分子筛。
第三,分子筛的离子交换性能
分子筛的重要性质之一是可逆离子交换。通过这种交换,分子筛的吸附和催化性能得到改善,从而得到广泛应用(如软化水和废水处理)。
四.分子筛的催化性能
分子筛晶体具有均匀的孔结构,孔径与普通分子相当;它们有很大的表面积。而且表面极性很高;平衡骨架负电荷的阳离子可以进行离子交换;一些具有催化活性的金属也可以被交换引入晶体,然后还原成具有极高分散度的元素态;同时,分子筛骨架结构的稳定性很高。这些结构特性使分子筛不仅是一种优良的吸附剂,而且是一种有效的催化剂和催化剂载体。
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