分子筛

然而随着分子筛合成与应用研究的深入，研究者发现了磷铝酸盐类分子筛，并且分子筛的骨架元素（硅或铝或磷）也可以由B、Ga、Fe、Cr、Ge、Ti、V、Mn、Co、Zn、Be和Cu等取代，其孔道和空腔的大小也可达到2nm以上，因此分子筛按骨架元素组成可分为硅铝类分子筛、磷铝类分子筛和骨架杂原子分子筛；按孔道大小划分，孔道尺寸小于2nm、2~50nm和大于50nm的分子筛分别称为微孔、介孔和大孔分子筛。

主要用于汽车、建筑玻璃、医药、油漆涂料、包装等领域。

多孔材料在许多领域有着广泛的应用，如微孔分子筛作为主要的催化材料、吸附分离材料和离子交换材料，在石油加工、石油化工、精细化工以及日用化工中起着越来越重要的作用。

分子筛（又称合成沸石）是一种硅铝酸盐多微孔晶体。它是由硅氧、铝氧四面体组成基本的骨架结构，在晶格中存在着金属阳离子（如 Na+，K+，Ca2+，Li+ 等），以平衡晶体中多余的负电荷。分子筛的类型按其晶体结构主要分为：A型，X型，Y型等。

　　沸石分子筛晶胞的化学式： Mx/n [ (AlO2)x (SiO2)y ]-w H2O

吸附功能：分子筛对物质的吸附来源于物理吸附（范德华力），其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场，对极性分子（如水）和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。

　　筛分功能：分子筛的孔径分布非常均一，只有分子直径小于孔穴直径的物质才可能进入分子筛的晶穴内部。

　　通过吸附的优先顺序和尺寸大小来区分不同物质的分子，所以被形象的称为“分子筛”。

　　分子筛有天然沸石和合成沸石两种。①天然沸石大部分由火山凝灰岩和凝灰质沉积岩在海相或湖相环境中发生

分子筛

反应而形成。目前已发现有1000多种沸石矿，较为重要的有35种，常见的有斜发沸石、丝光沸石、毛沸石和菱沸石等。主要分布于美、日、法等国，中国也发现有大量丝光沸石和斜发沸石矿床，日本是天然沸石开采量最 大的国家。②因天然沸石受资源限制，从20世纪50年代开始，大量采用合成沸石（见表）。

　　商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类，如3A型、4A型、5A型分子筛。4A型即表中A类，孔径4Å；。含Na+的A型分子筛记作Na-A，若其中Na+被K+置换，孔径约为3Å；，即为3A型分子筛；如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置换，孔径约为5Å；，即为5A型分子筛。

　　分子筛为粉末状晶体，有金属光泽，硬度为3～5，相对密度为2～2.8，天然沸石有颜色，合成沸石为白色，不溶于水，热稳定性和耐酸性随着SiO2/Al2O3组成比的增加而提高。分子筛有很大的比表面积，达300～1000m2/g，内晶表面高度极化，为一类高效吸附剂，也是一类固体酸，表面有很高的酸浓度与酸强度，能引起正碳离子型的催化反应。当组成中的金属离子与溶液中其他离子进行交换时，可调整孔径，改变其吸附性质与催化性质，从而制得不同性能的分子筛催化剂。

　　由此构成的蛋白多糖聚合体曲折盘绕，形成多微孔的筛状结构，称为 分子筛。分子筛只允许小于其微 分子筛孔的物质通过，对大于其微孔的大分子物质、细菌等则具有屏障作用。使基质成为限制细菌等有害物质扩散的防御屏障。溶血性链球菌和癌细胞等能产生透明质酸酶，分解蛋白多糖，破坏基质结构，得以扩散。蛋白多糖聚合体上还结合着许多亲水基团，能结合大量水分子，形成细胞外“储水库”。

　　分子筛简介

　　分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。分子筛具有均匀的微孔结构，它的孔穴直径大小均匀，这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力，因而能把极性程度不同，饱和程度不同，分子大小不同及沸点不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称分子筛。由于分子筛具有吸附能力高，热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点，使得分子筛获得广泛的应用。

在生物大分子领域，常见的有bio-rad SEC分子筛预装柱。

美国科学家发现，通过调整温度，能够精确地控制一种钛硅酸盐材料中的孔洞大小，制造出精密的新型分子筛。 一些晶体材料内部有着大量均匀的微孔，尺寸比孔洞小的分子能够穿过，而大分子不能穿过，因此可以起到分离不同分子的作用，这类材料被称为分子筛。

其实在2001年科学家在英国《自然》杂志上报告说，他们发现一种称为钛硅酸盐ETS－4的物质能够作为良好的分子筛。当温度升高时，ETS－4会逐渐脱水，微孔的尺寸随之减小。利用这种方法，可以在3到4埃（1埃等于十亿分之一米）的范围内精细地调整微孔尺寸。 科学家说，一些常见分子如氮气、甲烷、氧气、氩气和水分子等尺寸都在3至4埃左右，彼此大小相差无几，用ETS－4制作的分子筛可以有效地将它们分开。 研究人员已经尝试用ETS－4从氮气和甲烷混合物中将氮气的含量由18%降到5%以下，并在分离氩气与氧气、氮气与氧气的实验中也取得了成功。据认为这一技术将有重要的商业应用前景。

　　有水热合成、水热转化和离子交换等法：

　　①　水热合成法　用于制取纯度较高的产品，以及合成自然界中不存在的分子筛。将含硅化合物（水 分子筛玻璃、硅溶胶等）、含铝化合物（水合氧化铝、铝盐等）、碱（氢氧化钠、氢氧化钾等）和水按适当比例混合，在热压釜中加热一定时间，即析出分子筛晶体。合成过程可用下式表示：

　　工业生产流程中一般先合成Na-分子筛，如13X型与10X型分子筛的合成。在水热合成过程中添加某些添加剂可以改变最终产品的结构，如加入季胺盐可得到ZSM-5型分子筛。

　　②　水热转化法　在过量碱存在时，使固态铝硅酸盐水热转化成分子筛。所用原料有高岭土、膨润土、硅藻土等，也可用合成的硅铝凝胶颗粒。此法成本低，但产品纯度不及水热合成法。

　　③　离子交换法　通常在水溶液中将Na－分子筛转变为含有所需阳离子的分子筛，通式如下：

　　式中 Z-表示阴离子骨架，Me+表示需交换的阳离子，例如NH嬃、Ca2+、Mg2+、Zn2+等，原料通常为 中空玻璃分子筛氯化物、硫酸盐、硝酸盐。溶液中不同性质的阳离子交换到分子筛上的难易程度不同，称为分子筛对阳离子的选择顺序，例如：13X型分子筛的选择顺序为Ag+、Cu2+、H+、Ba2+、Au3+、Th4+、Sr2+、Hg2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Ca2+、Co2+、NH嬃、K+、Au2+、Na+、Mg2+、Li+。常用下列参数表示交换结果：交换度，即交换下来的Na+量占分子筛中原有Na+量的百分数；交换容量，为每100克分子筛中交换的阳离子毫克当量数；交换效率，表示溶液中阳离子交换到分子筛上的质量百分数。为了制取合适的分子筛催化剂，有时尚需将交换所得产物与其他组分调配，这些组分可能是其他催化活性组分、助催化剂、稀释剂或粘合剂等，调配好的物料经成型即可进行催化剂的活化。

　　分子筛化学式：2/3K2O·1/3Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O

　　英文名称：3A Molecular Sieve

　　硅铝比：SiO2/ Al2O3≈2

　　有效孔径：约3Å 应用：

主要技术指标：

再生：

　　1、脱除水分：视再生气的压力、温度、含水量而定。一般情况下，200～350℃干燥气体在0.3～0.5Kg/平方厘米压力下，通过分子筛床层3～4小时，使出口温度到110～180℃，冷却。

　　2、脱有机物：用水蒸气代替有机物，然后脱除水份。

　　储存：

　　室温，相对湿度不大于90%的室内：避免水、酸、碱、隔绝空气，密闭保存。

　　包装：

　　30Kg密封钢桶、150Kg密封钢桶，130Kg密封钢桶（条状）。

　　化学式：Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O

　　硅铝比：SiO2/ Al2O3≈2

　　有效孔径：约4Å

　　应用：主要用于天然气以及各种化工气体和液体、冷冻剂、药品、电子材料及易变物质的干燥，氩气纯化，甲烷、乙烷、丙烷的分离。

　　主要技术指标：

　　再生：

　　1、脱除水分：视再生气的压力、温度、含水量而定。一般情况下，200～350℃干燥气体在0.3～0.5Kg/平方厘米压力下，通过分子筛床层3～4小时，使出口温度到110～180℃，冷却。

　　2、脱有机物：用水蒸气代替有机物，然后脱除水份。

　　储存：

　　室温，相对湿度不大于90%的室内：避免水、酸、碱、隔绝空气，密闭保存。

　　包装：

　　30Kg密封钢桶、150Kg密封钢桶，130Kg密封钢桶（条状）。

　　化学式：3/4CaO·1/4Na2O·Al2O3·2 SiO2·9/2H2O

　　硅铝比：SiO2/ Al2O3≈2

　　有效孔径：约5Å

　　应用：主要用于正异构烷烃的分离，氧氮分离，化工、石油天然气、氨分解气体和其他工业气体及液体的干燥和精制。 5A分子筛

　　主要技术指标：

　　再生：

　　1、脱除水分：视再生气的压力、温度、含水量而定。一般情况下，200～350℃干燥气体在0.3～0.5Kg/平方厘米压力下，通过分子筛床层3～4小时，使出口温度到110～180℃，冷却。

　　2、脱有机物：用水蒸气代替有机物，然后脱除水份。

　　储存：

　　室温，相对湿度不大于90%的室内：避免水、酸、碱、隔绝空气，密闭保存。

　　包装：

　　30Kg密封钢桶 、150Kg密封钢桶，130Kg密封钢桶（条状）。

　　化学式：4/5CaO·1/5Na2O·Al2O3·（2.8±0.2) SiO2·（6-7)H2O

　　硅铝比：SiO2/ Al2O3≈2.6-3.0

　　有效孔径：约9Å

　　应用：主要用于吸附分离芳烃及石蜡精制。

　　主要技术指标：

　　再生：

　　1、脱除水分：视再生气的压力、温度、含水量而定。一般情况下，200～350℃干燥气体在0.3～0.5Kg/平方厘米压力下，通过分子筛床层3～4小时，使出口温度到110～180℃，冷却。

　　2、脱有机物：用水蒸气代替有机物，然后脱除水份。

　　储存：

　　室温，相对湿度不大于90%的室内：避免水、酸、碱、隔绝空气，密闭保存。

　　包装：

　　30Kg密封钢桶、150Kg密封钢桶。

　　化学式：Na2O·Al2O3·（2.8±0.2）SiO2·（6-7）H2O

　　硅铝比：SiO2/AL2O3≈2.6-3.0

　　有效孔径：约10Å

　　应用：主要用于气体的干燥与净化，空分装置原料气的净化（同时去除H2O和CO2），液态碳氢化合物和天然气的脱硫（去除硫化氢和硫醇），催化剂载体。

　　主要技术指标：

　　再生：

　　1、脱除水分：视再生气的压力、温度、含水量而定。一般情况下，200～350℃干燥气体在0.3～0.5Kg/平方厘米压力下，通过分子筛床层3～4小时，使出口温度到110～180℃，冷却。

　　2、脱有机物：用水蒸气代替有机物，然后脱除水份。

　　储存：

　　室温，相对湿度不大于90%的室内：避免水、酸、碱、隔绝空气，密闭保存。

　　包装：

　　25Kg密封钢桶、125Kg密封钢桶，140Kg密封钢桶（条状）。