沸石分子篩

• 沸石分子篩：具有分子篩作用的晶態(tài)硅鋁酸鹽

• 沸石分子篩：1979年科學(xué)出版社出版的圖書(shū)

沸石分子篩是一類(lèi)具有規(guī)則微孔結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽晶體，其不僅具有一般無(wú)機(jī)膜材料的固有的物理化學(xué)特性，更為優(yōu)異的是，其均一的規(guī)則的、具有特定的空間走向的結(jié)晶孔道系統(tǒng)以及可調(diào)變的骨架Si/Al比等特性賦予沸石分子篩膜擁有篩分、擇形功能特性和可調(diào)變的膜的表面特性，使其成為實(shí)現(xiàn)分子水平上高效分離及膜催化反應(yīng)一體化的優(yōu)良多孔膜材料，是最具潛力最有前途的膜材料之一。自20世紀(jì)90年代，沸石分子篩膜的制備和應(yīng)用研究在國(guó)際上得到了高速發(fā)展，沸石膜研究成為膜科學(xué)與技術(shù)的研究熱點(diǎn)和前沿。

沸石分子篩膜中的傳質(zhì)機(jī)理主要是表面擴(kuò)散和活性化擴(kuò)散。表面擴(kuò)散包括吸附和擴(kuò)散過(guò)程，即首先分子從分離體相進(jìn)入沸石分子孔表面，吸附在表面上和孔中，吸附在表面和孔中的分子在化學(xué)勢(shì)的梯度下，從一個(gè)吸附點(diǎn)躍遷至空位或另一個(gè)吸附點(diǎn)，在膜的透過(guò)側(cè)脫附擴(kuò)散進(jìn)入滲透相?；钚曰瘮U(kuò)散是分子與膜材料表面的吸附作用弱，體相分子進(jìn)入孔后，直接在孔中擴(kuò)散的過(guò)程。因此，沸石分子篩膜分離選擇性由于分子吸附和擴(kuò)散的差異而導(dǎo)致不同，沸石膜材料的表面特性、孔道結(jié)構(gòu)與分子的特性如大小與極性是 決 定 了 膜 的 分 離 性 能。另 一 方面，支撐沸石膜的有效分離層由一多晶沸石層構(gòu)成的，由于是多晶層，因此多晶層的厚度、連續(xù)性、多晶間隙、取向等微觀(guān)結(jié)構(gòu)是決定沸石膜的分離效果的根本因素。與其它膜材料同樣，高性能沸石膜開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵任務(wù)在于依據(jù)分離體系的分子特性進(jìn)行膜材料的設(shè)計(jì)和膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)的調(diào)控。

吸附性能

沸石分子篩的吸附是一種物理變化過(guò)程。產(chǎn)生吸附的原因主要是分子引力作用在固體表面產(chǎn)生的一種“表面力”，當(dāng)流體流過(guò)時(shí)，流體中的一些分子由于做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而碰撞到吸附劑表面，在表面產(chǎn)生分子濃聚，使流體中的這種分子數(shù)目減少，達(dá)到分離、清除的目的。由于吸附不發(fā)生化學(xué)變化，只要設(shè)法將濃聚在表面的分子趕跑，沸石分子篩就又具有吸附能力，這一過(guò)程是吸附的逆過(guò)程，叫解析或再生。由于沸石分子篩孔徑均勻，只有當(dāng)分子動(dòng)力學(xué)直徑小于沸石分子篩孔徑時(shí)才能很容易進(jìn)入晶穴內(nèi)部而被吸附，所以沸石分子篩對(duì)于氣體和液體分子就猶如篩子一樣，根據(jù)分子的大小來(lái)決定是否被吸附。由于沸石分子篩晶穴內(nèi)還有著較強(qiáng)的極性，能與含極性基團(tuán)的分子在沸石分子篩表面發(fā)生強(qiáng)的作用，或是通過(guò)誘導(dǎo)使可極化的分子極化從而產(chǎn)生強(qiáng)吸附。這種極性或易極化的分子易被極性沸石分子篩吸附的特性體現(xiàn)出沸石分子篩的又一種吸附選擇性。

離子交換性能

通常所說(shuō)的離子交換是指沸石分子篩骨架外的補(bǔ)償陽(yáng)離子的交換。沸石分子篩骨架外的補(bǔ)償離子一般是質(zhì)子和堿金屬或堿土金屬，它們很容易在金屬鹽的水溶液中被離子交換成各種價(jià)態(tài)的金屬離子型沸石分子篩。離子在一定的條件下，如水溶液或受較高溫度時(shí)比較容易遷移。

在水溶液中，由于沸石分子篩對(duì)離子選擇性的不同，則可表現(xiàn)出不同的離子交換性質(zhì)。金屬陽(yáng)離子與沸石分子篩的水熱離子交換反應(yīng)是自由擴(kuò)散過(guò)程。擴(kuò)散速度制約著交換反應(yīng)速度。

催化性能

沸石分子篩具有獨(dú)特的規(guī)整晶體結(jié)構(gòu)，其中每一類(lèi)都具有一定尺寸、形狀的孔道結(jié)構(gòu)，并具有較大比表面積。大部分沸石分子篩表面具有較強(qiáng)的酸中心，同時(shí)晶孔內(nèi)有強(qiáng)大的庫(kù)侖場(chǎng)起極化作用。這些特性使它成為性能優(yōu)異的催化劑。多相催化反應(yīng)是在固體催化劑上進(jìn)行的，催化活性與催化劑的晶孔大小有關(guān)。沸石分子篩作為催化劑或催化劑載體時(shí)，催化反應(yīng)的進(jìn)行受到沸石分子篩晶孔大小的控制。晶孔和孔道的大小和形狀都可以對(duì)催化反應(yīng)起著選擇性作用。在一般反應(yīng)條件下沸石分子篩對(duì)反應(yīng)方向起主導(dǎo)作用，呈現(xiàn)了擇形催化性能，這一性能使沸石分子篩作為催化新材料具有強(qiáng)大生命力。

沸石分子篩晶體具有吸附性、可交換性等諸多優(yōu)良性能，所以被廣泛應(yīng)用于石油 化工工業(yè)、洗滌劑工業(yè)、精細(xì)化工等工業(yè)。在沸石分子篩的研究中，以廉價(jià)天然礦物 為原料制備分子篩和其功能性的研究是該領(lǐng)域中最具有價(jià)值的研究之一。紅輝沸石 屬于輝沸石族，是其中的一個(gè)礦物種，紅輝沸石以含水架狀鋁硅酸鹽為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)， 在不同溫度環(huán)境下對(duì)各種陽(yáng)離子具有選擇吸附性，且具有良好的催化功能、可加工性能、低硬度、低熱膨脹性能，且熱穩(wěn)定性較好，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境材料，農(nóng)牧業(yè)改良， 化工添加劑和吸附劑等領(lǐng)域。

畜牧業(yè)生產(chǎn)

分子篩獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了其有良好的吸附性能和離子交換性能，利用分子篩為載體，吸附接枝抗菌物質(zhì)制成飼料添加劑，可以增加抗菌劑的緩釋能力，提高抗菌劑利用效率，從而達(dá)到事半功倍的目的，同時(shí)，分子篩自身也具有一定的殺菌能力，能提高牲畜的抗病能力，且分子篩無(wú)毒無(wú)害，性能穩(wěn)定，不會(huì)被動(dòng)物吸收。利用分子篩吸附二甲酸鉀制得的分子篩抗菌劑能大幅度提高二甲酸鉀的抑菌能力。

醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)

利用分子篩良好的吸附性能和分散性能，可以作為藥物的載體，對(duì)藥物中的有效 成分進(jìn)行吸附接枝，可以提高藥物的緩釋性能，增強(qiáng)藥效，延長(zhǎng)藥物作用的時(shí)間，且 分子篩無(wú)毒無(wú)害，服用之后在人身體內(nèi)不發(fā)生吸收，對(duì)身體無(wú)毒副作用。還可以載入 特定病菌，有效地抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。沸石分子篩良好的離子交換性能可以吸附交換重金 屬離子，從而可以制備高度活性和耐久性的抗菌劑。

污水處理

天然紅輝沸石具有一定的離子交換和吸附性能，利用其性能可以從污水中吸附氨 氮，從而達(dá)到凈化污水的效果。天然紅輝沸石經(jīng)過(guò)特殊處理之后，可以形成分子篩， 分子篩的離子交換與吸附性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天然沸石，這使其能夠更好地吸附污水中的重 金屬離子及其他有害離子，如：鎳、鋅、鉻、鎘、汞、鐵等離子及酚、氨氮、三氮、 磷酸根離子等有機(jī)物，因此，分子篩是處理污水的新型材料

農(nóng)業(yè)

利用分子篩的吸附性能及陽(yáng)離子交換性能，可以改良土壤性能，降低土壤 pH， 提高農(nóng)作物需要的微量元素的供應(yīng)，交換農(nóng)作物所需要的 K、Na、Mg、Ca等離 子，起到間接肥的作用。同時(shí)，分子篩可以吸附雙氫胺等物質(zhì)配成肥料緩釋劑，不僅大幅度提高了氮肥實(shí)際利用率，延長(zhǎng)氮肥有效期，還可以改善農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)狀況，提高 農(nóng)作物生長(zhǎng)活力和抵御病毒能力，最終達(dá)到農(nóng)作物增產(chǎn)增收的目的。 2100433B