沸石分子筛膜研究报告正式版
【第十届“挑战杯”辽宁省大学生课外学术科技创新竞赛】高效分离多孔陶瓷基负载型分子筛膜
研究报告
申报者：张振宇郭宗秋贾美龄
丝光沸石分子筛膜研究报告
张振宇郭宗秋贾美龄
摘要：以硅溶胶和铝酸钠分别为硅源和铝源, 用水热合成法在多孔氧化铝陶瓷管载体上合成出丝光沸石膜. 用扫描电镜、X 射线衍射和核磁共振等手段对所制得的沸石膜进行了表征, 证明其交联良好、覆盖完全、附着强度高.并且研究了丝光沸石膜在醇/ 水混合体系中的分离性能，实验结果表明，丝光沸石膜能选择性地透过水, 其水/ 甲醇、水/乙醇、水/ 正丙醇以及水/ 异丙醇的分离系数最高可以分别达到2700( Xw= 50% K) , 3900 ( X w=50%) , 4100( Xw= 15%) 和4300( Xw= 50%) .
关键词：丝光沸石膜, 水热合成, 分离
一前言
1.1必要性及意义
目前在工业生产中会涉及到众多的分离操作，包括原料的提纯、气体净化、产品精炼、副产物的回收再生等，而这些分离步骤往往大量消耗又繁琐，而且要求最好是在与反应环境相近的条件下进行。目前工业应用的分离技术大都不令人满意，通常是有待技术改革的主要目标。
陶瓷基复合膜在许多领域中具有显著的优势，给若干重大工程问题提供了有希望的技术路线。任何化学化工和冶金反应过程总是包含原料的纯化和产品的提取、浓缩、净化以及废物的管理和循环应用等，这一切都要用到分离工艺，而且往往涉及高温和其他恶劣环境，而这些步骤总是耗用很大比例数的设备投资和高额操作费用。采用陶瓷基复合膜分离过程在大大减少上述两个方面的资金消费上具有潜力和希望。许多工业过程可以用陶瓷基复合膜来简化操作，减轻劳动强度，节约能源。因而陶瓷基复合膜分离过程及其相应技术在化工、冶金、食品、医药、生物技术和环境治理等部门都得到了愈来愈广泛的应用。
因此，我们的研究研究内容是在具有广泛的实际应用价值的多孔陶瓷基体上制备一致取向的分子筛膜，然后将其制备成负载型分子筛膜，并且研究负载型分子筛膜中一些气体和醇水溶液的渗透和分离性
能。
1.2 国内外研究进展
世界各国都把膜技术放在极其重要的地位进行开发，任何化学化工和冶金反应过程总是包含原料的纯化和产品的提取、浓缩、净化以及废物的管理和循环应用等，这一切都要用到分离工艺，而且往往涉及高温和其他恶劣环境，而这些步骤总是耗用很大比例数的设备投资和高额操作费用。采用陶瓷基复合膜分离过程在大大减少上述两个方面的资金消费上具有潜力和希望，同时减轻劳动强度，节约能源。因而陶瓷基复合膜分离过程及其相应技术在化工、冶金、食品、医药、生物技术和环境治理等部门都得到了愈来愈广泛的应用。
目前国内外陶瓷基负载型的分子筛膜的种类不断增多，性能也逐步提升。国内外常见制备分子筛膜的方法是水热合成法，这种方法操作简单成本低，但是制成的分子筛膜在紧密性、取向一致性、连续性方面仍存在不足。而利用晶种预涂法制成的分子筛膜，例如A型分子筛膜，具备紧密无间隙的结构，但其分离性不够理想。虽然，晶种预涂法是目前被国内外一致认为最有发展前景的一种分子筛膜的制备方法，但其还未达到完全工业化应用。除此之外，据调查研究国内外制得的分子筛膜厚度大多在10-50um之间。
二研究目的与基本思路
2.1 研究目的
近年来无机膜，特备是陶瓷膜和陶瓷基复合膜作为新型的膜材料，在近十年来发展迅速引起了工业领域的广泛关注。但目前我国国内对于无机沸石分子筛膜的应用还处于摸索阶段。多数的无机沸石分子筛膜应用于低端产业。所需要的高品质，科技含量较高的无机膜，仍需要进口国外的产品。而市场上对于高质量无机膜仍是供不应求的状况。
为了达到在缓解市场需求压力的同时缩短国产与进口高品质无机膜在性能上的差距，并为我国高品质无机膜市场提供一种工艺流程简单，产品质量稳定，能耗低，无污染的绿色制备方法。
2.2 研究的基本思路
（1）多孔陶瓷的制备
（2）沸石分子筛膜在载体上的制备
选择可以合成出一致取向的沸石分子筛作为无机膜，例如丝光沸石, 将多孔陶瓷放在沸石的合成混合物中，控制溶液的浓度、放臵的时间等因素，即控制膜的厚度。
（3）气体渗透实验
沸石膜性能优劣采用渗透汽化分离实验进行评价，将沸石膜管的一端用无孔玻璃板密封，在另一端用胶管将其与玻璃管相连。将沸石膜浸入到待分离的液体混合物中，玻璃管和真空装臵相连。渗透产物用液氮冷阱收集。渗透汽化性能用渗透通量和分离系数来评价。用气相色谱分析原料和渗透液的组成。
（4）醇/ 水混合体系中的分离性能检测
丝光沸石膜能选择性地透过水, 分别测试水/ 甲醇、水/乙醇、水/ 正丙醇和水/ 异丙醇的分离系数。
三本作品的创新点
3.1 生产工艺的创新
采用晶种预凃法，控制丝光沸石分子筛膜的生长取向。
3.2 产品性能的创新
多孔陶瓷基体上生长的分子筛膜，做到取向一致，对醇水具有高效的分离性能。
3.3 技术的创新
目前国内沸石分子筛膜的厚度在10um—50um之间，我们的产品做到5um—12um。
四技术关键
4.1原料的选取
4.1.1丝光沸石
丝光沸石( Na8+(H2O)24 [Al8Si4 0O96]-MOR) 属于正交晶系，空间群为Cmcm, 晶胞参数a=18.1?, b=20.5?, c=7.5?[101] , 骨
架密度为 17.2T/1000?3。图中给出了丝光沸石的骨架结构图。沿[010]方向，也存在着8 员环直孔道。十二员环窗口呈椭园形，直径为6.5×7. 0?。8 员环窗口的直径为2.6×5.7?。丝光沸石中含有由12 个T 原子构成的T12 单元，如下图1所示，T12 单元沿c 方向构筑成无限的链
图1 丝光分子的骨架结构及其由T12 单元构
丝光沸石的结构和特点，完全符合做沸石分子筛膜的无机膜。这就为沸石分子筛膜在结构上提供了科学依据。
4.1.2氧化铝陶瓷基
氧化铝陶瓷基采用反应结合成型工艺方法，该工艺过程具有烧结温度较低、力学性能好、体积收缩小及制备成本低等优势。改工艺在起始原料中加入金属铝粉，成型后生坯在空气中加热，铝粉发生氧化反应生成氧化铝。这个反应伴随着体积膨胀效应，可以弥补烧结过程中的体积收缩，降低坯体收缩率。新生的氧化铝颗粒非常细小，具有非常高的活性，可以降低烧结温度。此外，由于新生的细微结构，使其强度得到了明显的改善。
4.1.3晶种预凃法
晶种预涂法是国际上认可度极高的且最有发展前途的沸石膜制
备方法. 这种方法包含两大步骤: 首先是在氧化铝陶瓷上涂布纳米
沸石晶体当做晶种, 第二步是在特定的水热条件中控制晶体的生长,
从而可以消除晶体间的空隙而形成连续的沸石层.
4.1.4晶化母液
晶化母液配制的方法: 取适量氢氧化钠溶液和适量去离子水相
混合, 搅拌 5 min 左右; 称取一定量铝酸钠加到上述溶液中, 搅拌
30 min;后再取一定量的水在强烈搅拌的环境中逐滴加入以上溶液,
加完后继续搅拌120 min, 再加硅溶胶，使上述试剂比例为：按下述
分子比6Na2O:Al2O3:30SiO2:780H2O ，即得到晶化母液。
4.2工艺方法的实施
4.2.1主要原料及生产厂家
图2 主要原料和生产厂家
4.2.2 晶化母液基本配方(摩尔比)：
Na2O:Al2O3: SiO2: H2O=6：1:30:780
4.2.3 操作规程
4.3 性能的表征测定
药品名称
生产厂家 硅溶胶( 40%SiO 2)
青岛市基亿达硅胶试剂厂 铝酸钠(AR, 43%Al 2O 3)
大连通用化工有限公司 氢氧化钠(AR, 96%)
杭州恒鑫达化工有限公司 Na 2O
周村鑫隆耐火材料厂 Al 2O 3
Al 2O 3 陶瓷管 天津化学试剂有限公司 自 制
4.3.1丝光沸石膜表征
用扫描电子显微镜观察分子筛膜剖面和表面的形貌, 溅射金膜制
样. 再用日本理学公司D/max-2500PC 型X-射线衍射仪进行晶相结构
分析, Cu 靶, KA 射线, 管电压50 kV, 管电流200 mA; 核磁共振测
试在Bruker AMX400 型谱仪上进行, 以TMS 标定化学位移.
4.3.2 渗透蒸发性能的测定
沸石膜性能优劣采用渗透汽化分离实验进行评价，将沸石膜管的
一端用无孔玻璃板密封，在另一端用胶管将其与玻璃管相连。将沸石
膜浸入到待分离的液体混合物中，玻璃管和真空装臵相连。渗透产物
用液氮冷阱收集。渗透汽化性能用渗透通量和分离系数来评价。用气
相色谱分析原料和渗透液的组成。
五主要性能技术指标
5.1总体目标
沸石分子筛具有的吸附性、传热性和催化活性能，受到广泛关注，
但是基于纳米孔道结构特点方面的应用还有待开发。本项目研究沸石
分子筛的一个新的应用，即尝试各种方法在多孔基体上生长一致取向
的沸石分子筛膜，使沸石分子筛的顶端开口，制备成为无机膜材料，
从而利用分子筛膜的孔道作为膜孔，使轻气体通过膜孔扩散，用于气
体选择性分离，并且研究气体在分子筛膜的纳米孔道中的渗透性能。
石油化工、煤化工有关的气体分离和膜催化反应器，是研究工作中最
活跃的应用，对于石油化工中的脱氧、加氢等反应工程具有巨大的应
用前景，实现产物分离、限制副反应的发生，具有巨大的经济和社会
效益。
5.2本项目完成所达到的主要技术指标：
（1）制备成孔道均匀的多孔陶瓷Al2O3基体；
（2）在多孔陶瓷Al2O3基体上制备出取向一致的沸石分子筛膜。厚
度控制在10um以下。
（3）多孔陶瓷负载膜的化学稳定性（耐酸碱性）：达到
10-5 %.day-1.cm-2以下;
（4）机械强度：抗弯强度：〉400
（5）分离性能指标：可以用水/ 甲醇分离系数来表示，分离系数达到2000( Xw= 50% K)
5.3本项目研究的关键技术内容：
本项目研究的关键是在孔径均匀的多孔Al2O3基体上制备出一层或多层取向一致的分子筛膜，利用晶种预涂法，控制筛膜分子取向，分子筛膜的孔径范围在2nm以下，使膜厚在5-12um之间。沸石薄膜是将沸石相生长在多孔载体上，沸石分子筛的c轴方向多数垂直于多孔陶瓷膜表面。本项目欲解决的关键问题是控制沸石分子筛膜的厚度和取向，这对于气体分离效率非常重要。所以应控制沸石分子筛膜的反应时间、反应溶液的浓度及配比等多种因素，达到最好的气体分离效果。
六作品的科学性和先进性
6.1 科学性
目前，市场上有一种先进的无缺陷的A型分子筛膜。这种利用晶种预涂法制成的分子筛膜，以特殊的孪生聚晶形式生长在一起，有效地消除晶粒间隙，形成致密的均匀的分子筛膜层。然而在对分子筛膜进行高温活化处理过程中会产生一些缺陷孔，降低了膜的分离性能。而我们研究的利用晶体预涂法合成的丝光沸石分子筛膜不仅取向一致，所得膜连续、清晰无列缺，载体、晶种层和沸石膜层之间相互结合紧密；生产过程中不易产生缺陷，所以制成的多孔陶瓷基丝光沸石分子筛膜具有很高的分离性能。经过实验测试，这种多孔陶瓷基丝光沸石分子筛膜的水/ 甲醇、水/乙醇、水/ 正丙醇和水/ 异丙醇的分离系数最高可分别达到2700( Xw= 50% K) , 3900 ( X w=50%) , 4100( Xw= 15%) 和4300(Xw=50%) 。除此之外，目前国内外生产的分子筛膜其膜的厚度多为10-50um之间，我们制得的分子膜厚度为5-12um,更加先进。
6.2 先进性
1、用晶种预涂法及水热合成法在多孔氧化铝陶瓷管载体上合成出丝光沸石膜. 用扫描电镜、X 射线衍射和核磁共振等手段对所制得的沸石膜进行了表征, 证明其交联良好、覆盖完全、附着强度高。
2、丝光沸石膜能选择性地透过水, 其水/ 甲醇、水/乙醇、水/ 正丙醇和水/ 异丙醇的分离效果好，分离程度高。
3、膜的厚度在5-12um之间，具有领先水平。
七作品的设计制作和试验
7.1生产与测试流程
（1）多孔陶瓷的制备
（2）沸石分子筛膜在载体上的制备
（3）气体渗透实验
沸石膜性能优劣采用渗透汽化分离实验进行评价，将沸石膜管的一端用无孔玻璃板密封，在另一端用胶管将其与玻璃管相连。将沸石膜浸入到待分离的液体混合物中，玻璃管和真空装臵相连。渗透产物用液氮冷阱收集。渗透汽化性能用渗透通量和分离系数来评价。用气相色谱分析原料和渗透液的组成。
（4）醇/ 水混合体系中的分离性能
丝光沸石膜能选择性地透过水, 分别测试水/ 甲醇、水/乙醇、水/ 正丙醇和水/ 异丙醇的分离系数。
7.2生产设备图
反应釜TG—DTA热重分析仪
7.3试样的制备
7.3.1丝光沸石膜的合成
试剂: 硅溶胶( 40%SiO2) , 铝酸钠(AR, 43%Al2O3) , 氢氧化钠(AR, 96%) . Al2O3 陶瓷管：孔径约1 cm.
陶瓷管在使用之前, 把陶瓷管放在600℃左右的高温下处理2个
小时，用来除去膜管在加工过程中附带的有机物，然后分别用丙酮和去离子水通过超声波清洗30分钟左右，用来进一步除去膜管上附着的灰尘和有机物。最后再用去离子水清洗干净，放到120℃的烘箱中烘干备用。在多孔支撑体外表面涂敷一薄层丝光沸石晶种（n ( Si) /n (Al) = 5. 1），涂有晶种的支撑体放臵在60 ℃的烘箱中干燥1 h后备用。晶化母液配制的方法: 取适量氢氧化钠溶液和适量去离子水相混合, 搅拌5 min左右; 称取一定量铝酸钠加到上述溶液中, 搅拌30 min;后再取一定量的水在强烈搅拌的环境中逐滴加入以上溶液, 加
完后继续搅拌120 min, 再加硅溶胶，使上述试剂比例为：按比分子6Na2O:Al2O3:30SiO2:780H2O，即得到晶化母液。把预涂晶种陶瓷管垂直放臵于内衬聚四氟乙烯烧杯高压反应釜中，晶化液倒入反应釜中，在160℃一180℃下恒温反应一定时间。在陶瓷管两端用聚四氟乙烯带封堵死，确保分子筛晶体只在陶瓷管的外表面上生长。晶化反应结束以后，用水迅速冷却，去离子水将陶瓷管洗涤，再把陶瓷管浸入到去离子水中，煮2小时，然后至于50℃下干燥备用。
7.4 分析与测试
7.4.1测试设备图
红外光谱仪扫描电子显微镜X－射线衍射仪核磁共振仪
7.4.2 丝光沸石膜XRD
图3是晶化不同时间的丝光沸石膜的XRD 谱。沸石膜的XRD 谱上有且仅有丝光沸石的特征峰, 主要强峰为d=9.02，13.4, 22.2, 23.4，分别对应丝光沸石的（200）,(111),(150),（002）晶面，这说明载体表面已被一层致密的丝光沸石膜完全覆盖.随着晶化时间的延长, (150),（200）衍射峰减弱,而(002)衍射峰增强, 这说明延长反应时间有利于(002)晶面的生长,即沿着C轴方向定向生长[17].
10203040
36h
24h
12h I
n
t
e
n
s
i
t
y
2 θ / ( 0 )
图3 丝光沸石膜的XRD谱图
7.4.3 丝光沸石膜的27Al和29Si核磁共振谱图
A
A
B
图４丝光沸石膜的NMR谱。A：27Al；B：29Si 由27Al核磁共振谱可见, 在D= 54 处有尖锐突起单峰, 该单峰
是四配位铝原子特征共振峰. 由29Si核磁共振谱可知, 在D= -
100( 肩峰) , - 106 以及- 112三处有共振峰, 分别对应于Si( 2Al) , Si( 1Al) 以及Si( 0Al) . 这和众多研究者所得到的结果相吻合[18] . 由此可得出, 我们合成出了相对较纯的丝光沸石膜。
7.4.4 丝光沸石膜的SEM（扫描电镜）照片
图５丝光沸石膜的扫描电镜照
图５是采用摩尔组成比为6Na2O:Al2O3:30SiO2:780H2O 的晶化
母液, 处于同样晶化条件下制备出的沸石膜扫描电镜(SEM) 照片。由SEM 照片可知, 丝光沸石膜交联良好、覆盖完全，产物为粒度大约
5μm左右不规则球型。
7.4.5 渗透蒸发性能的测定
表６是晶化时间为36h的膜管的醇/水二元混合体系的全渗透蒸
发实验数据. 由表2 可见, 丝光沸石膜能选择性地透过水, 其水/
甲醇、水/乙醇、水/ 正丙醇和水/ 异丙醇的分离系数最高可分别达到2 700( Xw= 50% K) , 3900 ( X w=50%) , 4100( Xw= 15%) 和4300( Xw= 50%) .
Feed Xw/ % Pervaporation performance
J/[kg.m-2. h-1] a
Water/ methanol 25 1.54 2500
50 0.72 2700
Water/ ethanol 25 1.64 3500
50 0.86 3900
Water/ n-propanol 25 1.32 4100
50 0.79 3700
Water/ i-propanol 25 1.25 3900
50 0.87 4300
图６丝光沸石膜的水/醇渗透蒸发性能
7.6分离性能对比
图7
图7 分离性能比
与高聚物膜相比，陶瓷基复合膜有一系列独特的优点。具有耐高温、化学稳定、耐腐蚀、力学强度高、结构稳定、易于清洗再生等优点，尤其适应膜分离过程在高温、苛刻环境下实际应用的需要，因而在食品、饮料、医药卫生、石油化工、环境工程以及新型能源方面有着广泛应用的前景，成为高新技术领域方兴未艾的研究热点。
八作品的适用范围
分离膜与相应的膜分离技术主要包括微滤、超滤、电渗析、反渗析等等已广泛地应用食品饮料、医药卫生、生物技术、化工冶金、环境工程等领域，发挥着越来越重要的作用。
以苯乙烯为例，苯乙烯是塑料、合成橡胶等行业的重要的化工原料，世界上90%的苯乙烯均是由苯乙烷脱氢法生产。采用多孔陶瓷分子筛膜反应器进行苯乙烷脱氢反应的原理是：苯乙烷在膜反应器反应侧首先分解为苯乙烯和氢气，所产生的氢气通过膜反应器渗透至膜的另一侧。从反应的热力学观点来看，由于反应过程中所产生的氢气能够及时从反应体系中分离，可以促进反应的转化率。苯乙烷脱氢反应是一个强吸热增分子反应，受热力学平衡的限制，反应通常需要操作在高温(540-650℃）和低压体系下，在生产工业上，反应进料苯乙烷中需要加入大量的水蒸气，为反应过程供热。目前，工业生产中采用常规固定床反应器的苯乙烯脱氢反应转化率一般不超过50%，因此，提高苯乙烯脱氢的转化率和选择性，降低能耗一直是苯乙烯生产技术的研究重点。采用膜技术正好解决了此类工艺问题，特别是高温陶瓷膜反应器可以加速反应，提高平衡转化率，实现产物分离，限制副反应的发生，缓和操作条件，对于石油化工中的脱氧、脱氢等反应工程具有巨大的吸引力，成功制备一个效率高的膜分离材料可以带来巨大的经济和社会效益。
九作品应用具有的效益
（1）预期经济效益：我国部分地区有着丰富的矿产资源，以法库县为例：已探明的制陶所用瓷土等9种原材料储量1.79亿吨，可供开采百年以上，而且品位极高，这是大自然赠予法库人得天独厚的发展优势。在发展建筑陶瓷、卫生洁具、日用陶瓷、电工陶瓷、艺术陶瓷、先进陶瓷等多元化陶瓷产品的同时，应该加快开发原料消耗少、附加值高的陶瓷产品。预期这个项目可以提高企业的收益。
目前国内工业生产中脱氢反应采用的是固定床反应器，脱氢的效率较低，反应转化率一般在40%左右。若引进陶瓷基分子筛膜设备，反应转化率可以达到80%以上。同时，多孔陶瓷分子筛膜分离气体设备与进口的膜处理设备比较，二者处理效果基本相当，而进口膜设备价格均为国产多孔陶瓷膜的4倍以上，运行能耗为多孔陶瓷膜的10倍以上，正常维修和药剂费用也大大高于国产多孔陶瓷膜，因此采用多孔陶瓷分子筛膜分离气体在我国具有较大的经济优势。预计采用多空陶瓷基分子筛膜可以使反应转化率提高到80%以上，年增长产值500万元，增加税收30万元。
（2）社会效益：项目的实施及应用可以为企业创造效益，提高收入水平，调动生产积极性，同时该科技的示范推广可以带动周边企业的生产和技术创新。
（3）环境效益：坚持“资源高效利用”原则，合理利用法库的资源，加强矿产资源的利用，加快开发原料消耗少、附加值高的先进陶瓷产品，提高产品的科技含量。
十风险分析
（1）技术风险：多孔分子筛膜的脆性、机械强度、表面完整性和再生问题是技术的关键问题。所以，制备出和适于分子筛分的孔径较小的膜及高稳定性、高强度、高通量的致密膜是技术的关键问题，也是近期研究者的研究重点。
（2）市场风险：目前多孔陶瓷分子筛膜还处于试验性阶段，没有大规模工业应用，主要原因是成本问题和膜的清洗和再生，以及如何能够长时间维持膜通量的稳定性问题。所以，需要进一步加强基础性的研究工作。这样也影响了市场供求。
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附件1
论文接收函
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沸石吸附材料的研究进展
沸石吸附的研究进展 摘要：本文主要通过沸石分子筛吸附剂对碘吸附的原理及传质影响的研究，目的是加强认识脱碘的机理，为进一步开发沸石吸附剂的应用提供一定的理论依据。同时针对目前国内外的研发及应用情况进行了概述，提出了存在的问题和解决的思路。 关键字：沸石脱碘吸附传质 前言 沸石是含碱土金属或碱金属的具有三维空间结构的硅铝酸盐晶体，分为天然沸石和人工沸石。天然沸石空隙中充满大量的水分，加热时会沸腾而得其名。人工合成沸石是以硅和含铝的盐为原料，经过水热合成大小与分子大小相当的材料，也称分子筛。沸石的化学通式为M x/n[(AlO2)x(SiO2)y]·mH2O,其中M通常为Na、K、Ca等金属离子。 沸石比表面积适中，一般为500~800m2/g;其孔结构以微孔为主，孔径较小，一般主孔径最大不超过2.5nm，且分布均一。沸石分子筛是通过氧硅四面体和氧铝四面体单元在过氧架桥作用下形成的，其中氧铝四面体带负电性，且孔道内分布有金属阳离子，容易与外界的阳离子发生交换，表现出离子交换性。常用的分子筛全交换工作容量在2.0~2.5mg/g。 沸石是一种强极性吸附剂，极易水分子等极性分子，且由于自身铝硅比和孔径大小不同，对不同极性分子具有选择性，孔道内有可被交换的金属阳离子，对某些特定分子有特殊的吸附作用。 在废气处理方面，沸石可以吸附废气中的SO2和NO x，但是其吸附量低。利用 改性方法可改变沸石的电性、孔径等，可以用来对不同分子特性和直径的气体进行吸附。在水处理方面，利用沸石的离子交换能力，可以吸附去除废水中的氨氮，也可以利用利用改性沸石处理高氟污水或地下水，有价格低的优势，但吸附容量往往不高。 沸石吸附剂脱碘的特性就是一种选择性吸附，通过选择适合碘分子大小孔径的沸石制成吸附剂，达到吸附碘的目的。 二、沸石吸附剂的脱碘原理 1. 吸附原理 （1）物理吸附 沸石吸附剂吸附碘包括物理吸附和化学吸附。物理吸附主要是由于溶液中的碘与沸石分子筛固体表面之间存在范德华力（Van der waals），而产生了范德华吸附，它是可逆的。当沸石分子筛表面分子与液体中碘之间的引力大于液体内部分子运动时，液体中的碘就被吸附在沸石分子筛表面上。它们之间的吸引机理，与气体的液化和冷凝时的机理类似，其吸附热比较低。从分子运动观点看，这些吸附在沸石吸附剂表面的分子由于分子运动，也会从固体表面脱离而进入液体中去，但其本身不发生化学变化。所以物理吸附的特征就是吸附物质不发生任何化学反应，吸附的进程极快，参与吸附的各相间的平衡瞬时即可达到。而且这种吸附通常在固体表面几个分子直径的厚度区域，单位体积固体表面所吸附的量非常小。（2）化学吸附 化学吸附是由于沸石通过所存在的孔道和空腔中的阳离子交换，使其吸附性能发生较大变化，即沸石通过与含Ag的可溶性盐类溶液进行离子交换成银离子型沸石。其脱碘的原理是这种载在沸石上的可交换的银离子从沸石上解离出来，与
沸石与分子筛的区别讲解
沸石与分子筛的区别研究 摘要 随着天然与人工分子筛在化工行业的应用的推广，以及各方面的生产要求的提高，促使分子筛的研究成为当今的热门。作为初学者，本文主要围绕沸石、分子筛的不同应用分别从二者的概念、特征、结构、性能、用途等几个方面阐述分子筛与沸石的区别。 关键词沸石分子筛应用区别 一、简介 1932年，McBain提出了“分子筛”的概念。表示可以在分子水平上筛分物质的多孔材料。虽然沸石只是分子筛的一种，但是沸石在其中最具代表性，因此“沸石”和“分子筛”这两个词经常被混用。人造沸石是：磺酸化聚苯乙烯；天然沸石：铝硅酸钠。沸石族矿物常见于喷出岩，特别是玄武岩的孔隙中，也见于沉积岩、变质岩及热液矿床和某些近代温泉沉积中。浙江省缙云县为我国境内沸石储量最高的地区。 狭义上讲，分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体 或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成的分 子尺寸大小（通常为0.3nm至2.0 nm）的 孔道和空腔体系，从而具有筛分分子的特 性。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2 nm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2 nm、2~50 nm和大于50 nm的分子筛分别称为微孔、介孔和大孔分子筛。由于具有较大的孔径，成为较大尺寸分子反应的良好载体，但介孔材料的孔壁为非晶态，致使其水热稳定性和热稳定性尚不能满足石油化工应用所需的苛刻条件。由于含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水，水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，这些微小的孔穴直径大小均匀，能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔道大的分子排斥在外，因而能把形状直径大小不同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。目前分子筛在冶金，化工，电子，石油化工，天然气等工业中广泛使用。 二，结构 沸石有很多种，已经发现的就有36种。它们的共同特点就是具有架状结构，就是说在它们的晶体内，分子像搭架子似地连在一起，中间形成很多空腔。因为在这些空腔里还存在很多水分子，因此它们是含水矿物。这些水分在遇到高温时会排出来，比如用火焰去烧时，
沸石分子筛膜的合成方法
沸石分子筛膜的合成方法 人工制备分子筛的合成得到的一般是松散的晶粒，要得到致密的分子筛膜，分子筛晶体之间必须互生，在多孔载体上定向长成致密层，具有一定的渗透性能。近年来，随着膜技术的发展，分子筛膜制备技术取得了不小的进展，常用的有原位生长法，二次晶种法和微波合成法，此外，还有溶胶-凝胶法、嵌入法、蒸汽相法等。 一、原位水热法 原位生长法采用与分子筛粉末合成相同的方法，将载体、硅源、铝源、模板剂、碱和水按照一定的生长比例加入反应釜中，在一定温度和自生压力下水热晶化，多孔材料在载体表面附着生长，多孔载体表面生长一层致密的分子筛膜层。使用该方法已经成功制备的分子筛膜有MFI、A、SAPO-34和八面沸石膜、丝光沸石膜等。原位水热合成中，沸石膜经历成核期和生长期两个阶段。成核期，母液中的营养随着水热能量的给与而随机成核，附着在载体上，也有部分散落在营养液中；生长期，已经生成的晶核不断原位长大，载体上附着的晶核也长大并互生，连成一片致密的膜层。 膜是由分子筛晶粒互生相连而成。生长液中硅铝比、碱浓度、模板剂的比例、温度和晶化时间都对合成的膜有影响，载体的适当修饰也会对提高分子筛膜的质量。该制备方法设备简单，方法易行，易实现大批量生产，具有工业化前景。不足之处在于可控性差，晶体要优先在载体表面成核而不是溶液主体，受载体表面性质影响和晶核随机生长的影响，膜层的生长很容易不均匀，难致密，膜层厚度不易控制。该方法比较适用于管状的载体生长沸石分子筛膜。迄今为止，人们已经成功的在石英、金属、氧化铝、玻璃等多孔材料表面原位合成了高质量的MFI 型分子筛膜。而且对合成的分子筛膜进行了气体分离和液体渗透汽化分离等测试，膜表现良好。 二、二次晶种法 二次晶种法，顾名思义，先要合成纳米级或者微米级的晶种，然后将纳米晶涂覆在载体的一侧表面，再将载体置于二次生长的母液中水热晶化成膜。合成的晶种的尺寸最好控制在纳米级别，将得到的纳米晶种洗干净后使之均匀分散在溶剂中，得到晶种的悬浮液。然后采用一定的办法，例如沾取涂布法、滴涂法，旋
制氧机进口分子筛和国产分子筛的区别
很多人在买家用制氧机的时候，都会遇到一个问题，就是到底该买进口分子筛，还是国产分子筛。在回答这个问题之前，我们先来看看什么是分子筛。 家用制氧机的分子筛 分子筛是一种具有立方结构的硅酸铝化合物，由于分子筛的表面积很大，所起分子筛的内部就形成了很多空隙，可以把空隙小的分子吸附进来，而把比孔道大的分子排斥在外，因而能把形状直径大小不同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。而现在的家用制氧机就是利用了分子筛的这种筛分功能，把空气中的氧气和氮气分离开来。我们知道空气中的氧气含量是21%，但其含量是78%，还含有少量其他气体，分子筛把氮气除去后，剩下的几乎就是氧气了。 分子筛对家用制氧机价格的影响 分子筛是制氧机中的关键部件，所以分子筛质量的好坏，就决定了制氧机的使用效果和使用寿命，所以我们看到市场上的制氧机进口分子筛和国产分子筛价格还是相差很多的。拿健康之宝热卖的奥吉制氧机来说，采用进口分子筛的AJ-300B售价2650元，而采用国产分子筛的AJ-300A售价只有2350元，而两款制氧机的其他方面完全一样，进口分子筛的售价要比国产分子筛贵了300元，几乎是机器售价的12%。再比如神鹿制氧机SL-03，国产分子筛的型号售价2450元，进口分子筛的SL-03售价就达到了2800元，价格相差了350元，还是相差比较大的。 分子筛对家用制氧机寿命的影响 既然分子筛的价格相差不少，那么进口分子筛是否物有所值呢，我们有必要花大价钱购买进口分子筛的制氧机呢。其实进口分子筛的寿命比国产分子筛要长很多的，进口分子筛的寿命一般能达到1.8万小时，而国产分子筛寿命只有1.2万小时，两者相差50%左右，以每天家用制氧机的使用时间3个小时计算，采用进口分子筛的制氧机，可以多用6000天，相当于十多年的时间。当然制氧机的寿命也取决于制氧机的其他部件，比如压缩机，电路板等等，而且如果空气中的灰尘较多，对分子筛的寿命影响也很大。另外美国英维康制氧机采用的进口分子筛，其寿命远远超过其他普通进口分子筛，其寿命可达到惊人的3万小时。当然英维康制氧机的售价也是比较高的，健康之宝特价期间，最便宜的一款IRC5LXO2AW也要售价5800元，毕竟是一分钱一分货的。 家用制氧机选购 说了这么多，相信大家对于家用制氧机的分子筛已经有一个比较全面的了解了。购买的时候你可以根据自己的需要选择购买进口分子筛还是国产分子筛。对于一般保健用途，由于每天使用的时间不够多，您可以选择购买国产分子筛的制氧机。对于患有呼吸道疾病的人家来说，最好购买进口分子筛的制氧机。因为您每天的使用时间很长，使用进口分子筛的家用制氧机可以为您服务更长的时间。https://www.360docs.net/doc/fb13232322.html,
MFI型沸石分子筛膜制备与应用
MFI型沸石分子筛膜制备与应用 作为沸石分子筛膜的重要组成部分，MFI型沸石分子筛膜具有孔径均一、硅铝比可调、耐高温、耐腐蚀等特性，并且具有较高的硅铝比，在催化反应、渗透蒸发、气体分离等方面均有着广阔的应用前景。由于其在提纯方面有着十分明显的效果，因此被业内誉为最具发展潜质的沸石分子筛膜。 MFI型沸石膜因其具有与常规分子大小相近的孔半径和高的热稳定性及化学稳定性，已成为分子筛膜研究的热点和首选对象。与其它类型分子筛膜相比，MFI型沸石膜更加容易制备，合成条件宽松，很少发生转晶，杂晶。同时，相对而言，MFI型分子筛膜的缺陷比其它类型的分子筛膜少，更有可能在气体分离等一些重要领域得到应用。因此需要使用TEOS和TPAOH为原料合成MFI沸石膜，使用常用的一些表征手段如XRD、SEM检测膜的性质。 制备实验中所用的载体为外径13.0mm，内径8.0mm的仅A1203管式材料，长75.0mm，
平均孔径为51am。由于载体表面比较粗糙，且有可能吸附微量的杂质，故无法直接在其表面合成分子筛膜，需要进行打磨以使表面平整。依次用600，800及1200的砂纸进行打磨，然后用超声波震荡清洗，除去孔内残留的砂纸颗粒，再分别用稀盐酸、氢氧化钠溶液和无水乙醇浸泡，以除去吸附在上面的各种杂质，最后放入马弗炉中程序升温至500℃焙烧12h，待温度降到室温后移至150℃烘箱烘干备用。 从SEM照片可以看出当温度升高后，MFI沸石晶体粒径增大，晶体形貌也有改变，粒径分布变大，由规则的六边形转化为不规则的长四边形。研究表明，晶体晶化过程分为成核期和生长期两个阶段，反应过程中分别需要成核活化能和生长活化能，根据反应动力学，相同时间下升温能加快反应速率，导致晶粒变大。 沸石分子筛膜在物质分离、膜反应、催化、传感器、微电子、导体等诸多领域都有广泛地应用。MFI型沸石膜因其独特的组成和性能，在醇/水、醇/醇分离方面有着广阔的应用前景。另外，MFI型沸石分子筛在光学和光催化方面也有着其独特的作用。
分子筛的一些知识
分子筛的一些知识 沸石分子筛的广泛应用，在于它具有优异的性能。为了深刻了解这些性能，就必须弄清分子筛的结构，而深入研究分子筛的结构与性能，反过来又将进一步促进它的应用和发展。 分子筛是一种晶体硅铝酸盐，因而，可以应用X-射线衍射进行结构分析。通常合成分子筛是10μ以下的粉末，在使用粉末衍射法进行测试时，对于对称性较差的沸石类型，指标化及搜集强度的工作都十分困难，因此，到目前为止，仅确定了四十多种沸石的结构，还有一半左右尚未测定出来。 倘若能够得到较大的佛石单晶，采用X-射线衍射的单晶转动法更为有效。较大的A型分子筛单晶可由种子晶体的再结晶得到。用X-射线衍射的单晶转动法，不仅可在指标化之前，引出晶胞参数，确定骨架结构，而且还可以推定出非骨架原子（或离子）和分子和位置。每一种分子筛都有特征的X-射线粉末衍射图样，因此由衍射图样的比较，可以确定沸石的类型。非晶态度的凝胶不产生衍射，故X-射线分析也可以用来观察分子筛结晶的情况，混和物的衍射图样，由各组分的粉末线迭合而成，并且衍射强度随含量而变化。所以X-射线衍射也用以确定分子筛的纯度。 现在又有一种新的红外光谱法测定分子筛的结构。通过测定已知结构分子筛的红外光谱，找出普带的特征频率与骨架结构基团间的关系，进而测定未知结构的光谱，推导出骨架结构。一般采用频率1300-200厘米-1的红外线。因为这一范围包含着（Si，Al）O4四面体的基本振动，反映出骨架结构的特征。目前，红外光谱已用于测定沸石骨架的结构类型，结构基团、骨架的硅铝组成，热分解过程中结构的变化和脱水、脱羟基过程中阳离子的迁移等。 在分子筛的应用中，表面性质十分重要。借助红外光谱，我们可以更透彻地了解沸石的表面性质以及在各种处理中的变化，如根据吸附分子引起的光谱变化，就可知道沸石表面与吸附分子相互作用，吸附分子的位置以及催化活性和表面性质的关系等。由于红外光谱的高度灵敏性，沸石结构的微小变化都在光谱中得到反映。 其他的物理测试技术如紫外光谱等也可以帮助确定分子筛的结构，但目前主要采用的是X-射线衍射和红外光谱法。 沸石A、沸石X、沸石Y和丝光沸石应用最广，对它们的结构和性能的研究也最为深刻。第一节分子筛结构概述 分子筛是一类具有骨架结构的硅铝酸盐晶体，晶体内的阳离子和水分子在骨架中有很大的移动自由度，可进行阳离子交换和可逆地脱水。 分子筛的化学组成可用以下实验式表示：M2/nO. Al2O3. xSiO2. yH2O M是金属离子,n是M的价数,x是SiO2.的分子数,也是SiO2/Al2O3克分子比,y是水分子数. 上式可以改写成M p/n[(AlO2)p()q] yH2O P是AlO2分子数,q是SiO2分子数,M,n,y同上.由上式可以看出:每个铝原子和硅原子平均加起来都有二个氧原子,若金属原子M的化合价n=1,则M的原子数等于铝原子数，若n=2，则M 的原子数等于铝原子数的一半。各种分子筛的区别，首先是化学组成的不同，如经验式中的M可为Na、K、Li、Ca、Mg等金属离子，也可以是有机胺或复合离子。 化学组成的一个重要区别是硅铝克分子比的不同。例如，沸石A、沸石X、沸石Y和丝光沸石的硅铝比分别为1.5~2、2.1~3.0、3.1~6.0和9~11。 当式中的x数值不同时，分子筛的抗酸性、热稳定性以及催化活性等都不同，一般x的数值越大，而酸性和热稳定性越高。各种分子筛最根本的区别是晶体结构的不同，因而，不同的分子筛具有不同的性质。
沸石分子筛的研究进展
第26卷第1期2004年1月 南 京 工 业 大 学 学 报 JOURNA L OF NAN J I NG UNI VERSITY OF TECH NO LOGY V ol.26N o.1 Jan.2004气相法制备沸石分子筛的研究进展 姚建峰,张利雄,徐南平 (南京工业大学化学化工学院,江苏南京210009) 摘 要:综述了气相法,包括气相转移法和干胶法在合成沸石分子筛、磷铝分子筛和其它杂原子分子筛及分子筛膜方面的研究进展。介绍了合成过程中一些影响因素,如时间、温度、干胶组分或有机模板剂对合成的影响。并且对气相法制备分子筛成型体作了简单介绍。 关键词:气相转移法;干胶法;沸石分子筛;分子筛膜;成型Ξ 中图分类号:O643.3 文献标识码:A 文章编号:1671-7643(2004)01-0103-07 沸石分子筛作为吸附剂、催化剂等,在化学工业、石油化工等领域发挥着越来越重要的作用,其制备方法也越来越受到人们的关注。长期以来,沸石分子筛都由传统的水热法合成[1～4],但是,1985年首次报道了在乙二醇等有机溶液体系中合成S OD 结构沸石分子筛[5],随后出现了在其它有机溶剂体系中合成ZS M25、ZS M235和ZS M248等沸石分子筛[6,7]的报道。Xu等[8]在1990年提出了一种全新的制备沸石分子筛的方法———气相转移法。气相转移法是指把不含有模板剂的沸石分子筛合成液制备成干胶,然后把干胶搁置于内衬聚四氟乙烯(T eflon)的不锈钢反应釜中,水和有机胺作为液相部分,在一定温度下在混合蒸汽作用下干胶转化为沸石分子筛。与水热法和有机溶剂法制备沸石分子筛相比,气相转移法有显著的优势[8]:可以大大减少有机模板剂的使用量;省去产品与母液分离的繁杂步骤;不会产生大量废液,对环境友好等优点。Sano等[9～11]以气相转移法为依据,使用干胶法制备了ZS M25分子筛薄膜及粉末。干胶法与气相转移法相类似,只是液相部分仅为水。Matsukata等[12]对用气相法合成沸石分子筛、磷铝分子筛和骨架中含T i、Zn、B等BE A结构分子筛作了一些总结,同时对合成分子筛膜[13]也进行了介绍。国内董晋湘等[14]和任瑜等[15]也分别对气相法制备分子筛及分子筛膜进行了综述。 本文在他们的基础上,更加全面的介绍气相法(气相转移法和干胶法)用于合成硅铝分子筛、磷铝分子筛、其它杂原子分子筛、分子筛膜及分子筛成型体。 1 气相法制备分子筛 1.1 硅铝沸石分子筛的制备 Xu等[8]首次提出用气相转移法制备ZS M25分子筛。首先把一定量的硫酸铝、硅酸钠、氢氧化钠和去离子水按一定的顺序混合均匀后过滤、洗涤,得到无定形凝胶。以乙二胺(E DA)、三乙胺(E t3A)和水的混合液作为模板剂,在453～473K下反应5～7d,制备出ZS M25分子筛粉末。这是气相法制备分子筛的首次报道,为分子筛的制备提供了一条新的途径。 Sano等[9～11]用干胶法合成ZS M25分子筛薄膜和粉末,并对ZS M25分子筛粉末进行了合成过程中的原位观察,给出了晶体生长的动力学信息。首先制备含有模板剂的干胶,把干胶搁置于反应釜中,在一定温度下在水蒸气的作用下进行反应。由XRD 表征可以得出,当用干胶法制备ZS M25时,随着反应时间的增加,结晶度越来越高;结晶速度随着温度的升高而加快。通过对结晶过程中晶粒生成的原位观察[11],发现在反应初期干胶表面首先被水蒸气浸润而变得光滑,经过一段时间后,表面开始有小晶粒出现,随着反应时间的延长,晶粒变得越来越大,但是当晶粒长到一定大小后,就停止生成。最终能用干 Ξ收稿日期:2003-06-12 基金项目:国家自然科学基金项目(N o.20141003和N o.20201007) 作者简介:姚建峰(1978-),男,江苏常州人,博士生,主要研究方向为沸石分子筛合成及催化。
关于沸石分子筛
沸石是呈架状结构的多孔含水铝硅酸盐的晶体的总称，通用的化学式： (Na，K)x(Mg，Ca，Sr，Ba)y[Al x +2y Si n-(x +2y)].mH2O X：碱金属离子个数； Y：碱士金属离子个数； n：铝硅离子个数之和； m：水分子的个数。 从电价配位情况看：一价、二价阳离子的电价数之和等于铝离子的个数。沸石水不参与电价平衡。 1 沸石的分类 1.1 天然沸石与合成沸石 天然沸石能形成规模较大的工业矿床有：斜发沸石、丝光沸石、菱沸石、毛沸石、钙十字沸石等五种。而我国真正被利用的主要是斜发沸石和丝光沸石。 合成沸石现在应用的沸石多为人工合成，如标注为x 型、Y 型、A 型的，都是人工合成的即，使可以有天然存在。合成的沸石规整？且稳定？，还可以有杂原子骨架沸石。 硅氧四面体可以直接相连。硅氧四面体中的硅，可被铝原子置换而构成铝氧四面体。但铝原子是三价的，所以在铝氧四面体中，有一个氧原子的电价没有得到中和，而产生电荷不平衡，使整个铝氧四面体带负电。为了保持中性，必须有带正电的离子来抵消，一般是由碱金属和碱土金属离子来补偿，如Na、Ca及Sr、Ba、K、Mg等金属离子。 后发现磷铝酸盐类分子筛，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，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 1.2 沸石的晶体结构 SiO2和Al2O3两种成份占沸石矿物总量的80％。但不同的铝硅比值却构成不同的沸石矿物种类。H2O也是沸石的主要成份之一，含量在10％左右，但水不参与沸石的骨架构成，仅吸附在沸石晶体的微孔中。 各种沸石之问的主要差别在于它们之间的骨架结构不同。所谓“骨架”，是指由氧、硅、铝三种原子构成的三维空间结构，不包括碱、碱土金属和水。沸石骨架结构中的基本单元是由四个氧原子和一个硅(铝)原子堆砌而成的硅(铝)氧四面体。硅氧四面体和铝氧四面体再逐级组成单元环、双元环、笼(结晶多面体)构成三维空间的架状构造沸石晶体。 作为次级单位的各种环联合起来即形成各种沸石的空洞和孔道(或称孔穴和通道)。各种沸石都有自己特定的形状和大小的空洞和孔道能吸附和截留不同形状和大小的分子。
沸石分子筛如何制备合成
沸石分子筛及其复合材料新型合成方法研究进展 沸石分子筛作为离子交换材料、吸附剂、催化剂等，在化学工业、石油化工等领域发挥着重要作用。随着新材料领域和电子、信息等行业的不断发展，其使用范围已经跳出传统行业，在诸如新型异形分子筛吸附剂、催化剂和催化蒸馏元件、气体和液体分离膜、气体传感器、非线性光学材料、荧光材料、低介电常数材料和防腐材料等方面得到应用或具有潜在的应用前景。因此，沸石分子筛的制备方法也越来越受到人们的关注。 沸石分子筛传统的制备方法主要包括水热法、高温合成法、蒸汽相体系合成法等，但随着组合化学技术在材料领域应用的不断扩大，20世纪90年代末人们将组合化学的概念与沸石分子筛水热法结合，建立了组合水热法。将组合化学技术应用到沸石分子筛水热合成之中，加快了合成条件的筛选与优化。除此之外，气相转移和干胶法等新型制备方法也被提出并应用于实践，本文对这些方法进展进行简单概述。 1. 组合化学水热法 组合化学是一种能建立化学库的合成方法，其大的优势是能在短时间内合成大量的化合物，从而达到快速、高效合成与筛选的目的。水热法合成沸石分子筛及相关材料，要考察的因素比较多，包括多种反应原料的选择及配比、反应温度及反应时间等。使用组合化学法可以减轻实验工作量和劳动强度，大大提高工作效率。 ·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、
利用组合化学水热法制备沸石分子筛，设计了一种组合反应釜，即在圆形聚四氟乙烯片上钻100个小孔，然后在其上、下表面分别用不锈钢片夹紧，形成100个水热反应器，将不同配比的水热合成液分别置于各反应器中。在一定条件下，和传统水热法一样合成沸石分子筛。他们对Na2O-Al2O3-SiO2-H2O的四组分体系进行了考察，比较了使用传统的水热法和组合水热法的差别，证实了组合化学的高效性和快速筛选性。在此基础上，科学家对组合水热法进行了改进，设计出易于自动化X射线衍射测定的装置，并用这种方法对TS-1分子筛的合成配方进行了筛选。 组合化学水热法在分子筛的制备和无机材料合成方面已有一定的应用，但其应用还很有限。同时，要利用组合化学水热法，具备以下特点：（1）每次合成要产生出尽可能多的平行结果；（2）减少每组试样量；（3）增加合成与表征过程中的自动化程度；（4）实验过程与计算机充分结合，提高实验效率。 2. 气相转移法 2.1 气相转移法制备分子筛粉末 气相转移法可用于制备MFI、FER、MOR等结构的沸石分子筛。Zhang等利用气相转移法合成了ZnAPO-34和SAPO-34分子筛，证明水是气相法合成磷铝分子筛不可缺少的组分。后来，也有人利用气相法合成了AFI和AEI的磷铝分子筛，验证了水在合成过程中的作用。在n(P2O5)/n(Al2O3)=1时，分别用三乙胺和二正丙胺与水作为模板剂合成了AlPO4-5和AlPO4-11分子筛。 ·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、
沸石分子筛
第三章 酸碱平衡 同步练习 P71 1．已知某成人胃液中，0.032H =+)(c mol?dm -3，)(-OH c =？ 解：1314 w 103.10.032101.0) (H )(OH --+ - ?=?==c K c 2．据表3?1计算，100℃时，纯水中)(+H c 和)(-OH c 分别是多少？ 解：714w 102.3105.474)H )OH --+-?=?=== K c c (( P72 1．某葡萄酒样品的pH=3.70，计算该葡萄酒中H 3O +之浓度。 解：pH= ?lg )(+H c 3.70= –lg c (H +) c (H +)=2.0×10-4(mol/L) 2．一漂白剂溶液，0.036OH =-)(c mol?dm -3，计算该漂白剂的pH 值。 解：pOH= ?lg )(O - H c =–lg0.036=1.4 pH=14–pOH=14–1.4=12.6 3．pH 值的适用范围是多少？ 答：1~14 4．人体温度为37℃时，其 w K =14104.2-?，若此时，血液的pH 值为7.4，计算此时血 液中)(+H c 、)(-OH c 。 解：pH= ?lg )(+H c 7.4= –lg c (H +) c (H +)=3.9×10-8(mol/L) ∵ c (H +)×c (OH ?)= w K ∴ 78 -14w 106.0103.9102.4) H )OH --+- ?=??= =((c K c P75 1．判断正误，并说明理由。 （1）麻黄素(C 10H 15NO )是一种一元弱碱，常用作充血药物，室温时其 b K =4104.1-?， 所以，其碱性强于氨水。 答：正确。 （2）因为氢氟酸的解离度大于醋酸的解离度，因此，氢氟酸的酸性强于醋酸。
沸石分子筛
沸石分子筛的合成与应用 分子筛是一类具有均匀微孔，主要由硅、铝、氧及其它一些金属阳离子构成的吸附剂或薄膜类物质，根据其有效孔径来筛分各种流体分子。沸石分子筛是指那些具有分子筛作用的天然及人工合成的硅铝酸盐[1]。沸石分子筛由于其特有的结构和性能，它的应用已遍及石油化工、环保生物工程、食品工业、医药化工等领域，随着国民经济各行业的发展，沸石分子筛的应用前景日益广阔。 一、沸石分子筛的结构 沸石是沸石族矿物的总称，是一种含水的碱或碱土金属的铝硅酸盐矿物，加热脱水后，沸石晶体孔道可以吸附比孔道小的物质分子，而排斥比孔道直径大的物质分子，使分子大小不同的混合物分开，起着筛分的作用。 沸石分子筛是硅铝四面体形成的三维硅铝酸盐金属结构的晶体，是一种孔径大小均一的强极性吸附剂。沸石或经不同金属阳离子交换或经其他方法改性后的沸石分子筛，具有很高的选择吸附分离能力。工业上最常用的合成分子筛仅为A型、X型、Y型、丝光沸石和ZSM系列沸石。沸石分子筛的化学组成通式为：[M2(Ⅰ)M(Ⅱ)]O?Al2O3?nSiO2?mH2O[2]，式中M2(Ⅰ)和M(Ⅱ)分别为为一价和二价金属离子，多半是纳和钙，n称为沸石的硅铝比，硅主要来自于硅酸钠和硅胶，铝则来自于铝酸钠和氢氧化铝等，它们与氢氧化钠水溶液反应制得的胶体物，经干燥后便成沸石。 沸石分子筛的最基本结构是硅氧四面体和铝氧四面体，四面体相互连接成多元环以及具有三维空间多面体，即构成了沸石的骨架结构，由于骨架结构中有中空的笼状，常称为笼，笼有多种多样，如α笼、β笼、γ笼等，这些笼相互连接就可构成A型、X型、Y型分子筛。 二、沸石分子筛的合成方法 随着沸石分子筛在化学工业等领域发挥着越来越重要的作用，出现了多种制备方法，如传统的水热合成法、非水体系合成法、蒸汽相体系合成法、气相转移法等。 1. 水热合成法 这种合成法是以水作为沸石分子筛晶化的介质，将其它反应原料按比例混合，放入反应釜中，在一定的温度下晶化而合成沸石分子筛[3]。水热合成使晶体成核速度和晶化速度提高。合成过程中加料顺序、搅拌速度及晶化时间都会对晶化产物的结构和形貌产生很大的影响。
沸石分子筛的绿色合成路线
沸石分子筛的绿色合成路线 沸石分子筛材料在石油精细化工及环境治理等方面发挥着巨大的作用。通常，绝大多数沸石分子筛都是需要在有机模板参与的条件下合成，然而使用的大部分模板剂都是有毒的，这对沸石的实际生产应用有着强烈的影响。绿色合成路线是指使用较为绿色的原料来合成目标产品，并且在合成过程中减少甚至消除对环境的负面影响、减少废物的排放和提高效率。 首先，沸石分子筛所需的原料混合后，主要物种硅酸盐与铝酸盐聚合生成硅铝酸盐初始凝胶。这种硅铝酸盐凝胶是在高浓度条件下快速形成的，因此具有很高无序度，但是这种硅铝酸盐凝胶中可能含有某些初级结构单元，如：四元环、六元环等等。同时，这种凝胶和液相之间建立了溶解平衡。另外，硅铝酸根离子的溶度积与凝胶的结构和温度息息相关，随着晶化温度的变化，这种凝胶和液相之间建立起新的凝胶和溶液的平衡。其次，液相中多硅酸根与铝酸根浓度的增加导致晶核的形成，然后是沸石分子筛晶体的生长。在沸石分子筛的成核和晶体生长过程中，消耗了液相中的多硅酸根与铝酸根离子，从而引起硅铝凝胶的继续溶解。由于沸石晶体的溶解度小于无定形凝胶的溶解度，最后结果是凝胶的完全溶解，沸石分子筛晶体的完全生长。
对于合成沸石分子筛，温度是一个很重要的因素。温度变化会影响水在反应釜中的压力的变化、硅铝酸盐的聚合状态和聚合反应、凝胶的生成和溶解与转变、分子筛的成核与生长以及介稳相间的转晶。相同的体系在不同的温度下可能会得到完全不一样的物相，温度越高得到的沸石的尺寸和孔体积越小，晶体骨架密度相应增大。一般而言在150C以下，初级结构往往是四元环或六元环，而当温度高于150C，则往往是五元环的初级结构单元。由此可见，在高温水热条件下，无机物（主要是硅铝酸盐物种）的造孔规律和晶化温度与水蒸汽压之间存在着密切的联系。 为克服常规水热法合成沸石分子筛过程中由于溶剂水的引入造成的含碱废水排放，合成体系压力过高、单釜产率过低等问题，人们开发出了无溶剂法绿色沸石分子筛合成路线。过对晶化过程中晶化产物的表征结果发现，无溶剂法合成沸石分子筛经历如下过程：晶化初期，固相原料在无定形二氧化硅中逐渐发生扩散，并伴随着硅物种的聚合；随着晶化时间的延长，无定形的二氧化硅逐渐向晶体转换。总的来说，固相合成反应过程经历了初始原料混合和扩散，硅羟基的不断缩合等过程，最终使得反应原料在固相状态下转换为silicalite-1沸石分子筛。
分子筛与硅胶的区别
Date: 2009-04-06/MLN
Technical Information Sheet
Adsorption materials, comparison between Silica Gel and Molecular Sieves For Rotary Heat Exchangers with a high moisture transfer capability different adsorption materials are used. The two main types of adsorption materials used for moisture transfer in normal comfort ventilation applications are Silica gel and Molecular Sieve. Silica gel: Silica gel is a partially dehydrated form of polymeric colloidal silicic acid. Silica gel has an amorphous micro-porous structure with a distribution of pore opening sizes of roughly 3-60 angstroms. These interconnected pores form a vast surface area that will attract and hold water by adsorption and capillary condensation, allowing silica gel to adsorb up to 40% of its weight in water. Silica gel is extremely efficient at temperatures below 25°C (77°F) (see Figures 1 and 2), but will lose some of its adsorbing capacity as temperatures begin to rise (Figure 3). Much of silica gel's popularity is due to its non-corrosive, nontoxic nature and its having received US government approval for use in food and drug packaging. Molecular sieves: Molecular sieves (also known as Synthetic Zeolite) adsorb moisture more strongly than silica gel. This can be seen by the high initial slope of the adsorption isotherm for molecular sieve as compared to the other desiccants (Figure 2). Where a very low relative humidity is required, molecular sieves are often the most economic desiccant because of their high adsorption capacity at low relative humidity. Also, molecular sieves will not give up moisture as readily as silica gel as temperatures rise (Figure 3). Molecular sieve contains a uniform network of crystalline pores and empty adsorption cavities, which give it an internal adsorptive surface area of 700 to 800 sq. m per g (1/2 the total volume of the crystals). Molecular sieve can adsorb up to 25% of its weight in water. Because of its uniform structure,
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沸石分子筛催化剂的发展现状
沸石分子筛催化剂的发展现状 姓名： 班级： 学号：
沸石分子筛催化剂的发展现状 摘要：从工业催化的角度思考和表述了沸石分子筛催化剂合成、催化及应用，综述了国内外相关的最新研究进展，探讨了分子筛催化剂未来的发展方向。旨在引发人们对分子筛催化未来向经济、可控、高效催化、绿色环保和新应用等方面发展的思考与探索。 关键词：沸石分子筛催化剂、工业应用、未来发展 在我国的经济发展，工业是国民经济的重要组成部分,化学工业中80% 以上的过程涉及催化技术，尤其对于炼油与石化工业，催化剂更是不可或缺，其中分子筛催化剂未来的发展方向又深切关系着工业的发展。目前，分子筛催化剂在炼油与化工工业得到了研究与应用，如催化裂化、加氢裂化、带支链芳烃的烷基化、异构脱蜡以及轻烯烃聚合等。国内外已开发出一批有发展前景的高功能化、多功能化、精密化的分子筛催化剂材料。分子筛催化剂的合成方法主要有：①水热晶化法；②非水体系合成法；③干胶转换法；④无溶剂干粉体系合成法；⑤微波辐射合成法；⑥蒸汽相体系合成法；⑦多级孔道沸石分子筛的合成；⑧化学后处理法；⑨硬模板法；⑩软模板法[1]。 而沸石分子筛是其中重要一员。沸石分子筛的工业催化应用始于上世纪60 年代，Mobil 公司首先发现并采用八面沸石替代无定形硅铝催化剂, 应用于炼油中催化裂化(FCC) 过程, 大大提高了汽油产量以及原油利用率。目前，仅作为FCC催化剂一项，沸石分子筛催化剂的销售额就占全球催化剂的18.5%。沸石分子筛具有确定的孔体系，大的晶内比表面积和与硫酸或氯化铝相当的酸性，同时具有分子筛分或择形作用以及可改性或易掺杂等优点，它们对许多工业催化反应有高效促进作用。在各种酸性催化剂高性能中，反应了它的催化潜力。此外，还有其他类型的高效分子筛催化剂。 1、沸石分子筛结构 沸石分子筛是一族结晶性硅铝酸盐的总称。沸石最基本的结构是由(SiO4)四面体和(AlO4)四面体。相邻的四面体由氧桥连结成环，环有大有小，按成环的氧原子数划分，有四元氧环，五元氧环，六元氧环，八元氧环，十元氧环和十二元氧环；环是分子筛的通道孔口，对通过的分子筛起筛分作用。氧环通过氧桥相互
支撑沸石分子筛膜的研究进展
第36卷第3期 人 工 晶 体 学 报 Vol .36 No .3 2007年6月 JOURNAL OF SY NTHETI C CRYST ALS June,2007 支撑沸石分子筛膜的研究进展 杨赞中,许珂敬,田贵山 (山东理工大学材料科学与工程学院山东省先进复合材料重点实验室,淄博255091) 摘要:支撑沸石分子筛膜具有优良的择形分离与催化性能,且具有耐高温、抗化学侵蚀性强及机械强度高等特点,在膜分离和膜反应中的应用前景广阔;此类无机膜还可作为原子簇和超分子化合物的纳米组装基体,在制备具有特殊功能的光学和电化学材料等方面具有潜在的重要用途。本文综合评述了支撑分子筛膜的研究进展,阐述了支撑分子筛膜的水热合成方法(包括原位合成法和晶种法)及定向生长机理,讨论了最具开发潜力的A 型和MF I 型支撑沸石膜的合成条件及其与膜结构的关系,提出了需要进一步解决的问题和今后的主要研究方向。 关键词:沸石分子筛;支撑沸石分子筛膜;水热合成;原位晶化;负载晶种晶化;定向生长 中图分类号:O742 文献标识码:A 文章编号:10002985X (2007)0320601207 Study Progress i n Prepara ti on of Supported Zeolite M em branes YAN G Zan 2zhong,XU Ke 2jing,TI AN Gui 2shan (Shandong Key Laborat ory f or Advanced Composite Materials,School of Materials Science and Engineering,Shandong University of Technol ogy,Zibo 255091,China ) (Received 10M arch 2007) Abstract:Supported zeolite me mbranes combine the s pecific p r operties of zeolite molecular sieve with the high ther mal stability,excellent mechanical behavi or and resistance t o che m ical corr osi on .They can work not only for gas separati on,liquid pervaporati on and app licati ons in catalytic react ors,but als o can be considered as very p r om ising hosts of guest at om cluster and molecules f or sens ors and non 2linear op tical materials .This revie w focuses on the latest devel opment of supported zeolite me mbranes .The hydr other mal synthesis methods including direct in 2situ crystallizati on and seeding assisted crystallizati on were intr oduced,and the mechanis m of orientated gr owth f or zeolite crystal on por ous support was elucidated . Es pecially,the effects of synthesis conditi ons on crystal gr owth and m icr ostructure f or A 2type and MF I 2type zeolite me mbranes were discussed .A nu mber of points t o need t o be exp l ored or further investigated are p resented . Key words:zeolite molecular sieve;supported zeolite me mbrane;hydr other mal synthesis;direct in 2situ crystallizati on;seeding assisted crystallizati on;oriented gr owth 收稿日期:2006203210 基金项目:山东省自然科学基金(No .2004Z X25);山东理工大学科技基金(重点基金No .2005KJZ02)资助项目 作者简介:杨赞中(19632),男,山东省人,教授,理学博士。E 2mail:yzz@sdut .edu .cn 1 引 言 沸石分子筛膜是近10多年发展起来的一种新型无机膜,在择形分离、催化及离子交换等方面有着广阔 的应用前景[125];并且,分子筛膜可作为原子簇和超分子化合物的纳米组装基体进一步制备具有特殊性能的