沸石分子篩簡介

• 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年科學出版社出版的圖書

沸石分子篩是一類具有規(guī)則微孔結構的硅鋁酸鹽晶體，其不僅具有一般無機膜材料的固有的物理化學特性，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晶孔道系統(tǒng)以及可調變的骨架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變的膜的表面特性，使其成為實現(xiàn)分子水平上高效分離及膜催化反應一體化的優(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90年代，沸石分子篩膜的制備和應用研究在國際上得到了高速發(fā)展，沸石膜研究成為膜科學與技術的研究熱點和前沿。

沸石分子篩膜中的傳質機理主要是表面擴散和活性化擴散。表面擴散包括吸附和擴散過程，即首先分子從分離體相進入沸石分子孔表面，吸附在表面上和孔中，吸附在表面和孔中的分子在化學勢的梯度下，從一個吸附點躍遷至空位或另一個吸附點，在膜的透過側脫附擴散進入滲透相?；钚曰瘮U散是分子與膜材料表面的吸附作用弱，體相分子進入孔后，直接在孔中擴散的過程。因此，沸石分子篩膜分離選擇性由于分子吸附和擴散的差異而導致不同，沸石膜材料的表面特性、孔道結構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、取向等微觀結構是決定沸石膜的分離效果的根本因素。與其它膜材料同樣，高性能沸石膜開發(fā)的關鍵任務在于依據分離體系的分子特性進行膜材料的設計和膜的微觀結構的調控。

吸附性能

沸石分子篩的吸附是一種物理變化過程。產生吸附的原因主要是分子引力作用在固體表面產生的一種“表面力”，當流體流過時，流體中的一些分子由于做不規(guī)則運動而碰撞到吸附劑表面，在表面產生分子濃聚，使流體中的這種分子數目減少，達到分離、清除的目的。由于吸附不發(fā)生化學變化，只要設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，這一過程是吸附的逆過程，叫解析或再生。由于沸石分子篩孔徑均勻，只有當分子動力學直徑小于沸石分子篩孔徑時才能很容易進入晶穴內部而被吸附，所以沸石分子篩對于氣體和液體分子就猶如篩子一樣，根據分子的大小來決定是否被吸附。由于沸石分子篩晶穴內還有著較強的極性，能與含極性基團的分子在沸石分子篩表面發(fā)生強的作用，或是通過誘導使可極化的分子極化從而產生強吸附。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

通常所說的離子交換是指沸石分子篩骨架外的補償陽離子的交換。沸石分子篩骨架外的補償離子一般是質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比較容易遷移。

在水溶液中，由于沸石分子篩對離子選擇性的不同，則可表現(xiàn)出不同的離子交換性質。金屬陽離子與沸石分子篩的水熱離子交換反應是自由擴散過程。擴散速度制約著交換反應速度。

催化性能

沸石分子篩具有獨特的規(guī)整晶體結構，其中每一類都具有一定尺寸、形狀的孔道結構，并具有較大比表面積。大部分沸石分子篩表面具有較強的酸中心，同時晶孔內有強大的庫侖場起極化作用。這些特性使它成為性能優(yōu)異的催化劑。多相催化反應是在固體催化劑上進行的，催化活性與催化劑的晶孔大小有關。沸石分子篩作為催化劑或催化劑載體時，催化反應的進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催化反應起著選擇性作用。在一般反應條件下沸石分子篩對反應方向起主導作用，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，所以被廣泛應用于石油 化工工業(yè)、洗滌劑工業(yè)、精細化工等工業(yè)。在沸石分子篩的研究中，以廉價天然礦物 為原料制備分子篩和其功能性的研究是該領域中最具有價值的研究之一。紅輝沸石 屬于輝沸石族，是其中的一個礦物種，紅輝沸石以含水架狀鋁硅酸鹽為基礎結構， 在不同溫度環(huán)境下對各種陽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，被廣泛應用于環(huán)境材料，農牧業(yè)改良， 化工添加劑和吸附劑等領域。

畜牧業(yè)生產

分子篩獨特的結構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，從而達到事半功倍的目的，同時，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，且分子篩無毒無害，性能穩(wěn)定，不會被動物吸收。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，對藥物中的有效 成分進行吸附接枝，可以提高藥物的緩釋性能，增強藥效，延長藥物作用的時間，且 分子篩無毒無害，服用之后在人身體內不發(fā)生吸收，對身體無毒副作用。還可以載入 特定病菌，有效地抑制細菌生長。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，從而達到凈化污水的效果。天然紅輝沸石經過特殊處理之后，可以形成分子篩， 分子篩的離子交換與吸附性能遠遠高于天然沸石，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、 磷酸根離子等有機物，因此，分子篩是處理污水的新型材料

農業(yè)

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