一、沸石分子篩的性能
1、吸附性能
沸石分子篩的(de)(de)吸附(fu)是一種(zhong)物理(li)變化過程。產(chan)生(sheng)吸附(fu)的(de)(de)原因(yin)主要(yao)是分子(zi)(zi)引力作用在固體表面產(chan)生(sheng)的(de)(de)一種(zhong)“表面力”,當流(liu)體流(liu)過時,流(liu)體中的(de)(de)一些(xie)分子(zi)(zi)由(you)于做不規則運(yun)動而碰撞到(dao)吸附(fu)劑表面,在表面產(chan)生(sheng)分子(zi)(zi)濃聚,使流(liu)體中的(de)(de)這種(zhong)分子(zi)(zi)數(shu)目減少,達到(dao)分離、清除的(de)(de)目的(de)(de)。
由于吸附(fu)(fu)不發(fa)生化學變化,只要設法將濃聚(ju)在表(biao)面的(de)分(fen)子趕跑(pao),沸石分(fen)子篩就又具(ju)有吸附(fu)(fu)能力,這一(yi)過程是吸附(fu)(fu)的(de)逆過程,叫解析(xi)或再生。
由于(yu)沸(fei)石分子(zi)(zi)(zi)篩(shai)(shai)孔徑均勻,只(zhi)有當(dang)分子(zi)(zi)(zi)動(dong)力(li)學(xue)直(zhi)徑小(xiao)于(yu)沸(fei)石分子(zi)(zi)(zi)篩(shai)(shai)孔徑時(shi)才能很容易進入晶(jing)穴內部而(er)被吸附,所(suo)以沸(fei)石分子(zi)(zi)(zi)篩(shai)(shai)對于(yu)氣體和液體分子(zi)(zi)(zi)就(jiu)猶如篩(shai)(shai)子(zi)(zi)(zi)一樣,根(gen)據(ju)分子(zi)(zi)(zi)的大小(xiao)來決(jue)定(ding)是(shi)否被吸附。
由于(yu)沸(fei)石(shi)分(fen)子篩晶(jing)穴內還有著(zhu)較(jiao)強的極(ji)性,能與(yu)含極(ji)性基(ji)團(tuan)的分(fen)子在沸(fei)石(shi)分(fen)子篩表面發(fa)生強的作(zuo)用(yong),或是通過(guo)誘(you)導使可極(ji)化(hua)的分(fen)子極(ji)化(hua)從而產(chan)生強吸附(fu)。
這種(zhong)極性或(huo)易極化的(de)分子(zi)易被(bei)極性沸(fei)(fei)石(shi)分子(zi)篩吸(xi)附(fu)的(de)特性體現出(chu)沸(fei)(fei)石(shi)分子(zi)篩的(de)又一種(zhong)吸(xi)附(fu)選(xuan)擇性。
2、離子交換性能
通(tong)常所說的(de)離(li)子(zi)交換(huan)是指沸石(shi)分子(zi)篩(shai)骨(gu)架外的(de)補償陽離(li)子(zi)的(de)交換(huan)。沸石(shi)分子(zi)篩(shai)骨(gu)架外的(de)補償離(li)子(zi)一般是質子(zi)和堿金屬或堿土金屬,它們很容易在金屬鹽的(de)水溶液中被(bei)離(li)子(zi)交換(huan)成各(ge)種價(jia)態的(de)金屬離(li)子(zi)型沸石(shi)分子(zi)篩(shai)。
離(li)子(zi)(zi)在一定的條(tiao)件下,如水溶液或受較(jiao)高溫度(du)時比(bi)較(jiao)容易遷移。在水溶液中,由(you)于沸石(shi)分(fen)子(zi)(zi)篩對(dui)離(li)子(zi)(zi)選擇性(xing)的不同,則可(ke)表現出不同的離(li)子(zi)(zi)交換(huan)(huan)性(xing)質。金屬陽(yang)離(li)子(zi)(zi)與沸石(shi)分(fen)子(zi)(zi)篩的水熱離(li)子(zi)(zi)交換(huan)(huan)反應(ying)(ying)是自由(you)擴散過程(cheng)。擴散速度(du)制約著交換(huan)(huan)反應(ying)(ying)速度(du)。
通過離子(zi)交(jiao)換可以改變(bian)沸石(shi)分子(zi)篩孔徑的大(da)小,從(cong)而改變(bian)其(qi)性能,達到(dao)擇形吸附分離混合物的目的。
沸石分子(zi)(zi)(zi)篩經離子(zi)(zi)(zi)交換后,陽離子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)數目、大小和(he)位(wei)置(zhi)發生(sheng)改變,如高價陽離子(zi)(zi)(zi)交換低價陽離子(zi)(zi)(zi)后使沸石分子(zi)(zi)(zi)篩中的(de)(de)(de)陽離子(zi)(zi)(zi)數目減(jian)少,往(wang)往(wang)造成位(wei)置(zhi)空缺使其孔徑變大;而半徑較大的(de)(de)(de)離子(zi)(zi)(zi)交換半徑較小的(de)(de)(de)離子(zi)(zi)(zi)后,則易使其孔穴受(shou)到一定的(de)(de)(de)阻塞,使有效孔徑有所減(jian)小。
3、催化性能
沸(fei)石分子(zi)篩具有獨特的規整(zheng)晶體結構(gou),其中每一類都具有一定(ding)尺寸(cun)、形狀的孔道(dao)結構(gou),并具有較大比表面積。
大部分沸(fei)石分子篩表面具有較強的酸中心,同時晶孔內(nei)有強大的庫(ku)侖(lun)場起極(ji)化作用。這些特性使(shi)它成為性能優異(yi)的催化劑。
多(duo)相催(cui)(cui)化反(fan)應是(shi)在固體催(cui)(cui)化劑上進(jin)行的(de),催(cui)(cui)化活性與催(cui)(cui)化劑的(de)晶(jing)孔大(da)(da)小有關。沸石(shi)分子(zi)篩作(zuo)為催(cui)(cui)化劑或催(cui)(cui)化劑載體時,催(cui)(cui)化反(fan)應的(de)進(jin)行受到沸石(shi)分子(zi)篩晶(jing)孔大(da)(da)小的(de)控制。晶(jing)孔和孔道的(de)大(da)(da)小和形狀都可以對(dui)(dui)催(cui)(cui)化反(fan)應起(qi)著(zhu)選擇性作(zuo)用。在一般(ban)反(fan)應條件下沸石(shi)分子(zi)篩對(dui)(dui)反(fan)應方向起(qi)主(zhu)導作(zuo)用,呈(cheng)現(xian)了擇形催(cui)(cui)化性能(neng),這一性能(neng)使沸石(shi)分子(zi)篩作(zuo)為催(cui)(cui)化新材料具有強大(da)(da)生命力。
二、沸石分子篩的結構
它具有晶體的(de)(de)結(jie)構和(he)特征,表(biao)面為(wei)固體骨(gu)架(jia),內部(bu)的(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)穴(xue)可起到吸附(fu)分(fen)(fen)(fen)子的(de)(de)作用。孔(kong)(kong)(kong)穴(xue)之間有孔(kong)(kong)(kong)道(dao)相互連接,分(fen)(fen)(fen)子由孔(kong)(kong)(kong)道(dao)經過。由于孔(kong)(kong)(kong)穴(xue)的(de)(de)潔凈性質,分(fen)(fen)(fen)子篩的(de)(de)孔(kong)(kong)(kong)徑分(fen)(fen)(fen)布非常均一。分(fen)(fen)(fen)子篩依據其晶體內部(bu)孔(kong)(kong)(kong)穴(xue)的(de)(de)大(da)小對分(fen)(fen)(fen)子進(jin)行選(xuan)擇(ze)性吸附(fu),也(ye)就是吸附(fu)一定大(da)小的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)子而(er)排斥較大(da)物(wu)質的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)子。
沸石分(fen)子篩按其孔(kong)或通(tong)道體系可分(fen)為小孔(kong),中孔(kong)(介孔(kong))和雙孔(kong)沸石三個(ge)組(zu)別。可用于富(fu)氧(yang)空氣的變壓吸附分(fen)離。
三、沸石分子篩的應用
沸石(shi)(shi)分(fen)子(zi)篩晶體具有(you)吸附性(xing)(xing)、可交換性(xing)(xing)等諸多優(you)良(liang)(liang)性(xing)(xing)能(neng),所以被廣泛(fan)應用于石(shi)(shi)油化工(gong)工(gong)業(ye)、洗滌劑(ji)工(gong)業(ye)、精細(xi)化工(gong)等工(gong)業(ye)。在沸石(shi)(shi)分(fen)子(zi)篩的(de)研究中,以廉價(jia)天然礦物(wu)為原料制備分(fen)子(zi)篩和其功能(neng)性(xing)(xing)的(de)研究是該領(ling)域中最具有(you)價(jia)值(zhi)的(de)研究之一。紅輝(hui)沸石(shi)(shi)屬于輝(hui)沸石(shi)(shi)族,是其中的(de)一個礦物(wu)種,紅輝(hui)沸石(shi)(shi)以含水(shui)架狀鋁硅酸鹽為基(ji)礎結構,在不同(tong)溫度環境(jing)下對各種陽離子(zi)具有(you)選擇吸附性(xing)(xing),且具有(you)良(liang)(liang)好(hao)的(de)催化功能(neng)、可加(jia)工(gong)性(xing)(xing)能(neng)、低硬度、低熱(re)膨脹性(xing)(xing)能(neng),且熱(re)穩定性(xing)(xing)較好(hao),被廣泛(fan)應用于環境(jing)材料,農牧業(ye)改(gai)良(liang)(liang),化工(gong)添加(jia)劑(ji)和吸附劑(ji)等領(ling)域。
1、畜牧業生產
分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)獨特的(de)結構決定了其有良好(hao)的(de)吸附(fu)性(xing)能(neng)(neng)和離子(zi)(zi)交換(huan)性(xing)能(neng)(neng),利用(yong)分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)為(wei)載體,吸附(fu)接枝抗菌(jun)(jun)物質(zhi)制(zhi)成飼料添加(jia)劑,可以增加(jia)抗菌(jun)(jun)劑的(de)緩釋(shi)能(neng)(neng)力(li),提(ti)(ti)高抗菌(jun)(jun)劑利用(yong)效率,從而達(da)到事半功倍的(de)目(mu)的(de),同時,分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)自(zi)身也(ye)具有一(yi)定的(de)殺(sha)菌(jun)(jun)能(neng)(neng)力(li),能(neng)(neng)提(ti)(ti)高牲畜的(de)抗病能(neng)(neng)力(li),且分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)無毒(du)無害,性(xing)能(neng)(neng)穩定,不會被動物吸收。利用(yong)分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)吸附(fu)二甲酸鉀制(zhi)得的(de)分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)抗菌(jun)(jun)劑能(neng)(neng)大幅度提(ti)(ti)高二甲酸鉀的(de)抑(yi)菌(jun)(jun)能(neng)(neng)力(li)。
2、醫藥產業
利(li)用分(fen)子(zi)篩良好的(de)吸(xi)附(fu)性(xing)能(neng)和分(fen)散(san)性(xing)能(neng),可(ke)以(yi)作(zuo)(zuo)為藥(yao)物的(de)載(zai)體,對藥(yao)物中的(de)有(you)效(xiao)成分(fen)進(jin)行吸(xi)附(fu)接枝,可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)藥(yao)物的(de)緩釋性(xing)能(neng),增強藥(yao)效(xiao),延(yan)長(chang)藥(yao)物作(zuo)(zuo)用的(de)時間,且分(fen)子(zi)篩無(wu)毒(du)無(wu)害,服(fu)用之后在人身體內不發(fa)生吸(xi)收,對身體無(wu)毒(du)副作(zuo)(zuo)用。還可(ke)以(yi)載(zai)入(ru)特定病菌(jun),有(you)效(xiao)地(di)抑制(zhi)細菌(jun)生長(chang)。沸石分(fen)子(zi)篩良好的(de)離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)性(xing)能(neng)可(ke)以(yi)吸(xi)附(fu)交(jiao)換(huan)重金屬(shu)離(li)子(zi),從而可(ke)以(yi)制(zhi)備高(gao)度(du)活性(xing)和耐久性(xing)的(de)抗(kang)菌(jun)劑(ji)。
3、污水處理
天(tian)然紅輝沸(fei)石具有(you)一定的(de)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)交換和(he)吸附性(xing)能,利(li)用其(qi)(qi)性(xing)能可以從(cong)污(wu)水中吸附氨氮(dan)(dan),從(cong)而達到凈化(hua)污(wu)水的(de)效(xiao)果。天(tian)然紅輝沸(fei)石經(jing)過特(te)殊處(chu)理(li)之后,可以形成(cheng)分子(zi)(zi)篩(shai)(shai),分子(zi)(zi)篩(shai)(shai)的(de)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)交換與吸附性(xing)能遠遠高于天(tian)然沸(fei)石,這使其(qi)(qi)能夠更好地吸附污(wu)水中的(de)重金屬(shu)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)及其(qi)(qi)他有(you)害(hai)離(li)(li)(li)子(zi)(zi),如(ru):鎳、鋅(xin)、鉻、鎘、汞、鐵等離(li)(li)(li)子(zi)(zi)及酚、氨氮(dan)(dan)、三氮(dan)(dan)、磷(lin)酸根離(li)(li)(li)子(zi)(zi)等有(you)機物,因此,分子(zi)(zi)篩(shai)(shai)是處(chu)理(li)污(wu)水的(de)新型(xing)材料。
4、農業
利用分子篩的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)性(xing)能(neng)及陽(yang)離子交換(huan)(huan)性(xing)能(neng),可(ke)(ke)以改良土壤性(xing)能(neng),降低土壤pH,提(ti)高農作(zuo)(zuo)物(wu)(wu)需要(yao)的(de)(de)(de)微量元素的(de)(de)(de)供應,交換(huan)(huan)農作(zuo)(zuo)物(wu)(wu)所(suo)需要(yao)的(de)(de)(de)K、Na、Mg、Ca等離子,起(qi)到間接肥的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用。同(tong)時,分子篩可(ke)(ke)以吸(xi)附(fu)雙氫(qing)胺等物(wu)(wu)質配成肥料緩釋劑,不僅(jin)大(da)幅度提(ti)高了氮肥實際利(li)用率,延長氮肥有效(xiao)期,還可(ke)(ke)以改善農作(zuo)(zuo)物(wu)(wu)營養狀況(kuang),提(ti)高農作(zuo)(zuo)物(wu)(wu)生長活力和抵御病毒能(neng)力,最終達到農作(zuo)(zuo)物(wu)(wu)增產(chan)增收的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。