多功能沸石分子筛材料.doc

《多功能沸石分子筛材料.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、多功能沸石分子筛材料MultifunctionalPorousMaterials—ZeoliteTypeMolecularSieves吴鹏（WuPeng）（华东师范大学化学系，上海200062）摘耍：简耍介绍了沸石分子筛的基本结构、物理化学性质以及作为多功能材料在吸附剂、阳离子交换剂和催化剂等方面的应用。关键词：沸石；分子筛；多孔材料；催化剂沸石是一类硅酸铝盐多孔晶体材料，由SiO2,AI2O3,H2O,Na2O,K2O和CaO等主要成分组成，其结晶水在加热能形成水蒸气释放，因此其英文名（zeolite）源于希腊语沸腾的

2、石头的意思。沸石失去孔道中的结晶水后，可以吸附多种气体分子，由丁其孔道均匀，同时尺寸为分子大小水平，因此显示非常独特的根据分子大小和形状进行选择性吸附和分离的性能。为此，通常乂将沸石称作分子筛（molecularsieve）o沸石作为天然矿物质18世纪发现于火山岩中，最初仅得到了一部分矿物学家和物理化学家的关注。此后随着上述沸石的特性和功能的发现，同时认识到沸石是解决石油化工、资源和能源及环境等领域中有关国计民生问题的重要功能材料，20世纪屮期模拟自然界沸石生成的条件，兴起了沸石分子筛的水热合成研究，不仅成功合成出与天然

3、沸石具有相同晶体结构的分子筛，而且研发出了一系列结构新型的人T•合成沸石分子筛。冃前，晶体结构得到解析并获得国际沸石学会承认的沸石分子筛的种类已接近180种，其中绝大部分是人工合成结构，其数冃还在逐年增加。沸石分子筛作为一类多孔性功能材料被广泛应用于原油裂解生产汽柴油的催化剂、替代液体酸的同体催化剂、吸附剂、阳离子交换剂、气体及坯类分离齐I」，同时在肥料和动物饲料添加剂、土壤改良剂、造纸用填充剂以及塑料添加剂等方面也有着实质性或潜在的应用。1沸石的组成和晶体结构特征沸石分子筛是具有规则的均匀微孔结构的一类硅铝酸盐。其化学

4、组成为：M2/n•AI2O3•xSiO2•yH2O,式屮，M：金属阳离子；n：金属阳离子的价态；x：硅铝比；y：饱和水分子数。构成沸石分子筛骨架的基本结构为硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（A1O4）o在这种四面体中，中心是硅（铝）原子，每个硅（铝）原子的周用有四个氣原子；硅氧四面体和铝氧四面体Z间通过氧桥相互连结而形成多元环；各种多元环三维地相互联结形成更复杂、中空的多面体，这些多面体再进一步排列，形成孔穴、孔口和孔道，形成三维网络晶体结构。硅（铝）氧四而体连接方式的不同理论上能够形成数千种不同晶体结构。（I）孔穴（

5、笼）：硅氧四而体通过氧桥相互连结可形成多元环，而齐种不同的多元环通过氧桥相互连结，形成具有三维空间的多面体;这些多面体是中空的笼状,故乂称为笼。对X、Y型分子筛来说，卩笼是最重要的一•种孔穴，主孔穴是八面沸石笼。（II）孔」孔穴与外部或其它孔穴相通的部位，各种离子或流体分子能否进入进入沸石晶体的内部，是由主孔口的有效孔径控制的。（III）孔道：在沸石晶体的内部，由孔穴和孔口和互联结而形成的通路。图1为2个具有代表性的分子筛Y（FAU八面沸石结构）和ZSM-5（MFI结构）的晶体构造模型图，前者孔道中含有笼状孔穴，而后者则

6、为孔道相互交叉的孔道结构。2沸石分子筛的合成分子筛的合成实际就是将无定形的金属或非金属氧化物经过各种可行的晶化方式转变为具有有序孔道结构的多孔化合物的过程。最初人T分子筛的合成模拟天然沸石的形成条件，都是采取高温高压的水热合成技术。但随着分子筛合成技术的发展以及先进仪器的运用，许多新的合成方法也开始用丁•分子筛的合成并取得很好的成果。冃前分子筛的合成主要有水热法、溶剂热法、氟化物体系法、干胶法和微波辐射法等。不管采用哪种方法，分子筛晶体结构的形成一般包括固体溶胶的溶解及均一化、晶核的形成和晶核的生长这儿个主耍步骤。值得一

7、提的是虽然分子筛是无机多孔材料，但是新型晶体结构分子筛的人工合成往往离不开使用有机胺为结构导向剂。在水热体系中，负电性的硅氧物种与正电性的有机胺离子相互作用，有利于晶核的形成，采用不同分子大小和种类的有机胺，有可能形成晶体结构新颖、孔道大小不同和形状独特的分子筛。有机胺离子在晶化过程中被包裹在分子筛晶体Z中，造成具孔道堵塞，但经空气中高温焙烧后这些有机物容易得到去除。3・沸石分子筛的应用3.1分子筛吸附剂沸石分子筛具有孔径尺寸为亚纳米级的均匀孔道、高比表面积（最高可达1000m2g',绝大部分为孔道内表面积）和独特的表面

8、电场，显示与活性炭、硅胶、活性氧化铝等常规吸附剂不同的吸附性能，沸石对极性分子表现出特异的亲和力，同时具有独特的筛分分子的能力。分子筛吸附剂在石油化工领域得到了广泛的应用，具有分离效力高、操作比较简单、经济效益好的优点。得到工业应用的分子筛吸附剂，按晶体结构分类虽然主要局限丁A型沸石、八面沸石结构的X以及Y沸石和丝光