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分子篩簡介

分子篩簡介
2016.03.27
作者: 迪爾空分

??? 分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物。分子篩具有均勻的微孔結(jié)構(gòu),它的孔穴直徑大小均勻,這些孔穴能把比其直徑小的分子吸附到孔腔的內(nèi)部,并對極性分子和不飽和分子具有優(yōu)先吸附能力,因而能把極性程度不同,飽和程度不同,分子大小不同及沸點(diǎn)不同的分子分離開來,即具有“篩分”分子的作用,故稱分子篩。由于分子篩具有吸附能力高,熱穩(wěn)定性強(qiáng)等其它吸附劑所沒有的優(yōu)點(diǎn),使得分子篩獲得廣泛的應(yīng)用。
??? 美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn),通過調(diào)整溫度,能夠**地控制一種鈦硅酸鹽材料中的孔洞大小,制造出精密的新型分子篩。一些晶體材料內(nèi)部有著大量均勻的微孔,尺寸比孔洞小的分子能夠穿過,而大分子不能穿過,因此可以起到分離不同分子的作用,這類材料被稱為分子篩。
??? 其實(shí)在2001年科學(xué)家在英國《自然》雜志上報(bào)告說,他們發(fā)現(xiàn)一種稱為鈦硅酸鹽ETS-4的物質(zhì)能夠作為良好的分子篩。當(dāng)溫度升高時(shí),ETS-4會逐漸脫水,微孔的尺寸隨之減小。利用這種方法,可以在3到4埃(1埃等于十億分之一米)的范圍內(nèi)精細(xì)地調(diào)整微孔尺寸。科學(xué)家說,一些常見分子如氮?dú)狻⒓淄?、氧氣、氬氣和水分子等尺寸都?至4埃左右,彼此大小相差無幾,用ETS-4制作的分子篩可以有效地將它們分開。研究人員已經(jīng)嘗試用ETS-4從氮?dú)夂图淄榛旌衔镏袑⒌獨(dú)獾暮坑?8%降到5%以下,并在分離氬氣與氧氣、氮?dú)馀c氧氣的實(shí)驗(yàn)中也取得了成功。據(jù)認(rèn)為這一技術(shù)將有重要的商業(yè)應(yīng)用前景。吸附功能:分子篩對物質(zhì)的吸附來源于物理吸附(范德華力),其晶體孔穴內(nèi)部有很強(qiáng)的極性和庫侖場,對極性分子(如水)和不飽和分子表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸附能力。
??? 篩分功能:分子篩的孔徑分布非常均一,只有分子直徑小于孔穴直徑的物質(zhì)才可能進(jìn)入分子篩的晶穴內(nèi)部。通過吸附的優(yōu)先順序和尺寸大小來區(qū)分不同物質(zhì)的分子,所以被形象的稱為“分子篩”。
??? 分子篩有天然沸石和合成沸石兩種。①天然沸石大部分由火山凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)沉積巖在海相或湖相環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)而形成。目前已發(fā)現(xiàn)有1000多種沸石礦,較為重要的有35種,常見的有斜發(fā)沸石、絲光沸石、毛沸石和菱沸石等。主要分布于美、日、法等國,中國也發(fā)現(xiàn)有大量絲光沸石和斜發(fā)沸石礦床,日本是天然沸石開采量較 大的國家。②因天然沸石受資源限制,從20世紀(jì)50年代開始,大量采用合成沸石。
??? 商品分子篩常用前綴數(shù)碼將晶體結(jié)構(gòu)不同的分子篩加以分類,如3A型、4A型、5A型分子篩。4A型即表中A類,孔徑4?;。含Na+的A型分子篩記作Na-A,若其中Na+被K+置換,孔徑約為3?;即為3A型分子篩;如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置換,孔徑約為5?;,即為5A型分子篩。
??? 分子篩性能:分子篩為粉末狀晶體,有金屬光澤,硬度為3~5,相對密度為2~2.8,天然沸石有顏色,合成沸石為白色,不溶于水,熱穩(wěn)定性和耐酸性隨著SiO2/Al2O3組成比的增加而提高。分子篩有很大的比表面積,達(dá)300~1000m2/g,內(nèi)晶表面高度極化,為一類**吸附劑,也是一類固體酸,表面有很高的酸濃度與酸強(qiáng)度,能引起正碳離子型的催化反應(yīng)。當(dāng)組成中的金屬離子與溶液中其他離子進(jìn)行交換時(shí),可調(diào)整孔徑,改變其吸附性質(zhì)與催化性質(zhì),從而制得不同性能的分子篩催化劑。
??? 其他作用:由此構(gòu)成的蛋白多糖聚合體曲折盤繞,形成多微孔的篩狀結(jié)構(gòu),稱為分子篩。分子篩只允許小于其微。分子篩孔的物質(zhì)通過,對大于其微孔的大分子物質(zhì)、細(xì)菌等則具有屏障作用。使基質(zhì)成為限制細(xì)菌等有害物質(zhì)擴(kuò)散的防御屏障。溶血性鏈球菌和癌細(xì)胞等能產(chǎn)生透明質(zhì)酸酶,分解蛋白多糖,破壞基質(zhì)結(jié)構(gòu),得以擴(kuò)散。蛋白多糖聚合體上還結(jié)合著許多親水基團(tuán),能結(jié)合大量水分子,形成細(xì)胞外“儲水庫”。
??? 13xAPG分子篩的應(yīng)用,結(jié)束了切換板式的深冷空分時(shí)代。還有吸附氧氮的分子篩吸附劑,直接用于變壓吸附制氧、制氮上。現(xiàn)在13xAPG分子篩研發(fā)到了第三代產(chǎn)品,對水分和二氧化碳的吸附能力增加了一倍,解吸附所需能量也有所降低,慢慢得到大家的認(rèn)可。不久就會普及。

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