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沸石分子筛催化剂及其作用原理

发布时间:2019-02-21     浏览次数:175

1.分子筛的概念

分子筛是具有均匀孔结构的结晶硅铝酸盐。含有大量的结晶水,加热后可以蒸发和除去,因此它也被称为沸石。通常在自然界中已知的所谓沸石称为分子筛。它们的化学成分可表示为

Mx / n [
AlO2x≤SiO2y]→ZH2O

其中M是金属阳离子,n是其化合价,xAlO2分子数,ySiO2分子数,Z是水分子数。由于AlO2带负电荷,金属阳离子的存在使分子筛保持电中性。 。当金属离子的化合价为n = 1时,M的原子数等于Al的原子数;如果n = 2,则M的原子数是Al的原子数的一半。

常用的分子筛有:苏打型沸石,如A型分子筛;八面体沸石,如X型,Y型分子筛;丝光沸石(-M型);高硅型沸石,如ZSM-5等。分子筛在各种不同的酸性催化剂中提供高活性和不寻常的选择性,并且大多数反应是由分子筛的酸性引起的,并且也是固体酸。在过去的20年中,它已被广泛用于工业中,特别是在炼油工业和石化工业中作为工业催化剂。

2.
分子筛的结构特征


1)四个方面,三个层面:

分子筛的结构特征可分为四个方面和三个不同的结构水平。第一结构水平是最基本的结构单元,硅氧四面体(SiO4)和铝氧四面体(AlO4),它们形成分子筛的骨架。相邻的四面体通过氧桥连接成环。环是分子筛结构的第二层。它分为环中的氧原子数。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。等待。环是分子筛的通道孔,并且充当分子通过的筛子。氧环通过氧桥彼此连接以形成具有三维空间的多面体。各种多面体是分子筛结构的第三级。多面体具有空心笼,这是分子筛结构的重要特征。笼子分为阿尔法笼子,八面沸石笼子,贝塔笼子和伽玛笼子。

2)分子筛笼:

Alpha
笼:它是A型分子筛骨架结构的主要孔隙。它是由六个四元环,八个六元环和六个八元环组成的六面体。保持架的平均孔径为1.14nm,腔体积为760 [Aring;] 3 α笼的最大窗口是八元环,孔径为0。41nm。巴林石笼:是构成X型和Y型分子筛骨架的主要孔,由18个四元环,4个六元环和4个十二元环组成。孔径为1。25nm,腔体积为850 [Aring;] 3.最大孔径窗口是十二元素环,孔直径为0.74nm。八面花笼也被称为超级笼。

笼笼:主要用于形成A型,X型和Y型分子筛的骨架结构。它是最重要的一种洞。它的形状就像一个带有顶部的正八面体。腔体积为160 [Aring;] 3窗口孔径约为0.66nm,只允许小分子如NH3H2O进入。

还有六角柱保持架和伽玛笼,它们的尺寸很小,通常不会进入笼子。

不同结构的笼通过氧桥相互连接形成各种结构的分子筛,主要是A型,X型和Y型。

3)几种具有代表性的分子筛

A
型分子筛

类似于NaCl的立方晶体结构。如果NaCl晶格中的Na +Cl-全部被β笼取代,并且相邻的β笼被γ笼连接,则获得A型分子筛的晶体结构。八个β笼关节形成方钠石结构。如果γ笼用于桥接,则获得A型分子筛结构。该中心有一个大型的alpha笼。 α笼之间的通道有一个八元环窗,直径为4Aring;所以它被称为4A分子筛。如果4A分子筛上的70Na +Ca2 +交换,则八元环可以增加到5Aring;相应的沸石称为5A分子筛。另一方面,如果70%的Na +K +交换,则八元环直径减小到3Aring;相应的沸石称为3A分子筛。

X
型和Y型分子筛

类似钻石的密排六角形结构。如果β笼用作结构单元来代替金刚石的碳原子节点,并且相邻的两个β笼通过六角柱笼连接,则五个β笼通过四个六角柱笼连接在一起,其中一个是一个β笼。其中,剩余的四个β笼位于正四面体的顶点,形成八面体沸石型晶体结构。利用这种结构,继续该结构,并获得X型和Y型分子筛结构。在这种结构中,由β笼和六角柱笼形成的大笼子是八面笼,它们的连通孔是十二元环,平均有效孔径为0。74nm,是X型和Y-型。分子筛的孔径。两种模型的区别主要是由于Si / Al比的差异,X型为1~1.5; Y型为1.5~3.0


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