一、沸石分子篩的性能
1、吸附性能
沸石分子篩的(de)(de)(de)吸附是(shi)一種物理變化過(guo)程。產(chan)生(sheng)(sheng)吸附的(de)(de)(de)原因主(zhu)要是(shi)分(fen)子(zi)引力作用在固體表(biao)面(mian)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)一種“表(biao)面(mian)力”,當流(liu)體流(liu)過(guo)時,流(liu)體中的(de)(de)(de)一些分(fen)子(zi)由(you)于做不規(gui)則運動而碰(peng)撞到吸附劑表(biao)面(mian),在表(biao)面(mian)產(chan)生(sheng)(sheng)分(fen)子(zi)濃聚(ju),使(shi)流(liu)體中的(de)(de)(de)這種分(fen)子(zi)數目(mu)減少,達到分(fen)離、清除的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。
由于吸附(fu)不發生化學(xue)變化,只要設法將濃(nong)聚在表(biao)面的分子(zi)趕跑(pao),沸石分子(zi)篩就又(you)具有(you)吸附(fu)能力(li),這一過程是吸附(fu)的逆過程,叫解析(xi)或(huo)再生。
由于沸石(shi)分(fen)(fen)子篩孔徑(jing)均勻,只(zhi)有當分(fen)(fen)子動力學直徑(jing)小于沸石(shi)分(fen)(fen)子篩孔徑(jing)時才(cai)能很容(rong)易進入晶(jing)穴內(nei)部而(er)被吸附(fu),所(suo)以沸石(shi)分(fen)(fen)子篩對于氣體和(he)液體分(fen)(fen)子就猶如篩子一樣,根據(ju)分(fen)(fen)子的(de)大小來決定是(shi)否被吸附(fu)。
由于沸石分(fen)子(zi)篩(shai)晶穴(xue)內還有(you)著較強(qiang)的(de)極性(xing),能與含極性(xing)基團的(de)分(fen)子(zi)在沸石分(fen)子(zi)篩(shai)表面發生強(qiang)的(de)作用,或是(shi)通過誘導使可極化的(de)分(fen)子(zi)極化從而產生強(qiang)吸附。
這種極性或易極化(hua)的(de)分(fen)子(zi)易被(bei)極性沸(fei)(fei)石(shi)分(fen)子(zi)篩(shai)(shai)吸(xi)附(fu)(fu)的(de)特性體現出(chu)沸(fei)(fei)石(shi)分(fen)子(zi)篩(shai)(shai)的(de)又一種吸(xi)附(fu)(fu)選擇性。
2、離子交換性能
通常(chang)所說的(de)離(li)子(zi)(zi)交(jiao)換(huan)是指沸石分子(zi)(zi)篩骨架外的(de)補(bu)償(chang)陽離(li)子(zi)(zi)的(de)交(jiao)換(huan)。沸石分子(zi)(zi)篩骨架外的(de)補(bu)償(chang)離(li)子(zi)(zi)一般是質子(zi)(zi)和堿(jian)金屬(shu)或堿(jian)土金屬(shu),它們(men)很容易(yi)在金屬(shu)鹽(yan)的(de)水溶液(ye)中被離(li)子(zi)(zi)交(jiao)換(huan)成各種價態的(de)金屬(shu)離(li)子(zi)(zi)型沸石分子(zi)(zi)篩。
離(li)(li)子(zi)(zi)在(zai)一定的(de)條件下,如(ru)水溶液或受較高溫度(du)時比較容易遷移。在(zai)水溶液中,由(you)于(yu)沸石(shi)分子(zi)(zi)篩對離(li)(li)子(zi)(zi)選(xuan)擇性(xing)的(de)不(bu)同(tong),則可表現出(chu)不(bu)同(tong)的(de)離(li)(li)子(zi)(zi)交換性(xing)質。金屬陽離(li)(li)子(zi)(zi)與沸石(shi)分子(zi)(zi)篩的(de)水熱離(li)(li)子(zi)(zi)交換反應是自(zi)由(you)擴散(san)過程(cheng)。擴散(san)速度(du)制約著交換反應速度(du)。
通(tong)過離子交換(huan)可以改變沸石分子篩(shai)孔徑的(de)大小,從而改變其性(xing)能,達到擇形吸(xi)附(fu)分離混合物的(de)目(mu)的(de)。
沸(fei)石(shi)(shi)分(fen)子(zi)篩(shai)經離(li)(li)子(zi)交換后,陽離(li)(li)子(zi)的(de)數目、大(da)小和位置發生改變,如(ru)高價陽離(li)(li)子(zi)交換低價陽離(li)(li)子(zi)后使(shi)沸(fei)石(shi)(shi)分(fen)子(zi)篩(shai)中(zhong)的(de)陽離(li)(li)子(zi)數目減少,往(wang)往(wang)造成位置空(kong)缺使(shi)其孔徑(jing)(jing)變大(da);而半(ban)徑(jing)(jing)較(jiao)大(da)的(de)離(li)(li)子(zi)交換半(ban)徑(jing)(jing)較(jiao)小的(de)離(li)(li)子(zi)后,則(ze)易使(shi)其孔穴受到一定(ding)的(de)阻塞,使(shi)有效孔徑(jing)(jing)有所減小。
3、催化性能
沸石分子篩具有(you)(you)獨特(te)的規整晶體結構(gou),其(qi)中每一(yi)類都(dou)具有(you)(you)一(yi)定尺寸、形狀的孔道結構(gou),并具有(you)(you)較(jiao)大(da)比表面(mian)積。
大部分沸石分子篩表面具有較(jiao)強的(de)酸中心,同(tong)時(shi)晶孔內有強大的(de)庫侖場起極化(hua)作(zuo)用。這些特(te)性使它(ta)成為性能優(you)異的(de)催(cui)化(hua)劑。
多相催(cui)化反(fan)應(ying)是在固(gu)體(ti)催(cui)化劑上進(jin)行的,催(cui)化活(huo)性(xing)(xing)與(yu)催(cui)化劑的晶(jing)孔(kong)大小(xiao)有(you)關。沸石分子篩(shai)作(zuo)為催(cui)化劑或催(cui)化劑載體(ti)時,催(cui)化反(fan)應(ying)的進(jin)行受到(dao)沸石分子篩(shai)晶(jing)孔(kong)大小(xiao)的控(kong)制。晶(jing)孔(kong)和孔(kong)道的大小(xiao)和形(xing)狀都可以對(dui)(dui)催(cui)化反(fan)應(ying)起(qi)著選擇(ze)性(xing)(xing)作(zuo)用(yong)。在一般反(fan)應(ying)條件下(xia)沸石分子篩(shai)對(dui)(dui)反(fan)應(ying)方向(xiang)起(qi)主導作(zuo)用(yong),呈現了擇(ze)形(xing)催(cui)化性(xing)(xing)能,這一性(xing)(xing)能使(shi)沸石分子篩(shai)作(zuo)為催(cui)化新(xin)材料具有(you)強大生命力。
二、沸石分子篩的結構
它具有晶體的(de)結構和特征,表面(mian)為固(gu)體骨架,內部(bu)的(de)孔(kong)穴(xue)可(ke)起到吸附分(fen)子(zi)(zi)的(de)作用。孔(kong)穴(xue)之間有孔(kong)道(dao)相互連(lian)接(jie),分(fen)子(zi)(zi)由孔(kong)道(dao)經過。由于(yu)孔(kong)穴(xue)的(de)潔凈性質,分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)(shai)的(de)孔(kong)徑分(fen)布非常(chang)均(jun)一(yi)。分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)(shai)依據其晶體內部(bu)孔(kong)穴(xue)的(de)大小對分(fen)子(zi)(zi)進行(xing)選擇性吸附,也就是(shi)吸附一(yi)定大小的(de)分(fen)子(zi)(zi)而排斥較大物(wu)質的(de)分(fen)子(zi)(zi)。
沸石(shi)分(fen)(fen)子篩按其(qi)孔(kong)或(huo)通道體系可(ke)分(fen)(fen)為小(xiao)孔(kong),中孔(kong)(介孔(kong))和雙孔(kong)沸石(shi)三個組別。可(ke)用(yong)于(yu)富(fu)氧空氣(qi)的變壓吸(xi)附(fu)分(fen)(fen)離(li)。
三、沸石分子篩的應用
沸石分子(zi)篩晶(jing)體(ti)具有(you)(you)吸(xi)附性(xing)、可(ke)交換性(xing)等(deng)諸多優良(liang)性(xing)能(neng),所(suo)以被廣泛應(ying)(ying)用(yong)于石油化(hua)工(gong)工(gong)業、洗滌(di)劑工(gong)業、精細化(hua)工(gong)等(deng)工(gong)業。在(zai)沸石分子(zi)篩的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)中,以廉(lian)價(jia)天然(ran)礦(kuang)物(wu)為原料(liao)制備分子(zi)篩和其功能(neng)性(xing)的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)是該領域中最(zui)具有(you)(you)價(jia)值的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)之(zhi)一。紅(hong)輝沸石屬于輝沸石族,是其中的(de)一個礦(kuang)物(wu)種,紅(hong)輝沸石以含水架狀鋁硅(gui)酸鹽為基礎結構,在(zai)不同(tong)溫(wen)度(du)環(huan)境下對各種陽離子(zi)具有(you)(you)選擇吸(xi)附性(xing),且具有(you)(you)良(liang)好的(de)催化(hua)功能(neng)、可(ke)加(jia)工(gong)性(xing)能(neng)、低硬(ying)度(du)、低熱膨脹性(xing)能(neng),且熱穩定性(xing)較好,被廣泛應(ying)(ying)用(yong)于環(huan)境材料(liao),農牧業改良(liang),化(hua)工(gong)添加(jia)劑和吸(xi)附劑等(deng)領域。
1、畜牧業生產
分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)篩(shai)獨特的(de)(de)結構決(jue)定(ding)了其有良好的(de)(de)吸(xi)附(fu)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)和離子(zi)(zi)(zi)(zi)交換性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng),利(li)用(yong)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)篩(shai)為載體,吸(xi)附(fu)接枝抗(kang)菌物質制(zhi)成飼料(liao)添加劑,可以增(zeng)加抗(kang)菌劑的(de)(de)緩(huan)釋能(neng)(neng)(neng)力,提(ti)高(gao)抗(kang)菌劑利(li)用(yong)效率,從而(er)達(da)到(dao)事半(ban)功倍的(de)(de)目的(de)(de),同時(shi),分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)篩(shai)自身也具有一定(ding)的(de)(de)殺(sha)菌能(neng)(neng)(neng)力,能(neng)(neng)(neng)提(ti)高(gao)牲畜的(de)(de)抗(kang)病能(neng)(neng)(neng)力,且分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)篩(shai)無(wu)(wu)毒(du)無(wu)(wu)害(hai),性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)穩(wen)定(ding),不(bu)會被動物吸(xi)收。利(li)用(yong)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)篩(shai)吸(xi)附(fu)二甲酸(suan)鉀(jia)制(zhi)得的(de)(de)分(fen)(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)篩(shai)抗(kang)菌劑能(neng)(neng)(neng)大幅度提(ti)高(gao)二甲酸(suan)鉀(jia)的(de)(de)抑菌能(neng)(neng)(neng)力。
2、醫藥產業
利用分子篩良好的(de)(de)吸附性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)分散性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng),可以(yi)(yi)作為藥(yao)(yao)物(wu)的(de)(de)載體,對藥(yao)(yao)物(wu)中的(de)(de)有(you)效(xiao)成分進行吸附接枝,可以(yi)(yi)提高藥(yao)(yao)物(wu)的(de)(de)緩釋(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng),增(zeng)強(qiang)藥(yao)(yao)效(xiao),延長藥(yao)(yao)物(wu)作用的(de)(de)時間,且(qie)分子篩無(wu)毒無(wu)害,服(fu)用之后在(zai)人身(shen)體內不發(fa)生(sheng)吸收,對身(shen)體無(wu)毒副作用。還可以(yi)(yi)載入特定病菌(jun),有(you)效(xiao)地抑制(zhi)細菌(jun)生(sheng)長。沸(fei)石分子篩良好的(de)(de)離子交換(huan)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)可以(yi)(yi)吸附交換(huan)重金屬離子,從(cong)而可以(yi)(yi)制(zhi)備高度活性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)耐(nai)久性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)抗菌(jun)劑。
3、污水處理
天(tian)然(ran)(ran)紅輝(hui)沸石(shi)具有(you)一定的(de)(de)離子(zi)(zi)(zi)交(jiao)換和吸附(fu)(fu)性(xing)能(neng)(neng)(neng),利用其性(xing)能(neng)(neng)(neng)可以(yi)從(cong)污水(shui)中(zhong)吸附(fu)(fu)氨氮(dan),從(cong)而達到凈化污水(shui)的(de)(de)效果。天(tian)然(ran)(ran)紅輝(hui)沸石(shi)經過(guo)特殊處理(li)之(zhi)后,可以(yi)形成分(fen)子(zi)(zi)(zi)篩,分(fen)子(zi)(zi)(zi)篩的(de)(de)離子(zi)(zi)(zi)交(jiao)換與吸附(fu)(fu)性(xing)能(neng)(neng)(neng)遠遠高于天(tian)然(ran)(ran)沸石(shi),這使(shi)其能(neng)(neng)(neng)夠更好(hao)地吸附(fu)(fu)污水(shui)中(zhong)的(de)(de)重金(jin)屬離子(zi)(zi)(zi)及其他有(you)害離子(zi)(zi)(zi),如:鎳(nie)、鋅、鉻、鎘、汞、鐵等離子(zi)(zi)(zi)及酚、氨氮(dan)、三氮(dan)、磷酸根離子(zi)(zi)(zi)等有(you)機物(wu),因此,分(fen)子(zi)(zi)(zi)篩是(shi)處理(li)污水(shui)的(de)(de)新型材料。
4、農業
利用分子篩的(de)(de)吸(xi)附性(xing)(xing)能(neng)及陽(yang)離(li)子(zi)交換性(xing)(xing)能(neng),可以改(gai)良土壤(rang)(rang)性(xing)(xing)能(neng),降低土壤(rang)(rang)pH,提(ti)高(gao)農(nong)作物(wu)(wu)(wu)需要的(de)(de)微量元素的(de)(de)供應,交換農(nong)作物(wu)(wu)(wu)所需要的(de)(de)K、Na、Mg、Ca等(deng)離(li)子(zi),起到間接肥(fei)的(de)(de)作用。同時(shi),分子(zi)篩可以吸(xi)附雙(shuang)氫胺等(deng)物(wu)(wu)(wu)質配(pei)成肥(fei)料緩(huan)釋劑(ji),不僅大幅度提(ti)高(gao)了氮肥(fei)實際利用率,延長氮肥(fei)有效期,還可以改(gai)善農(nong)作物(wu)(wu)(wu)營養(yang)狀況,提(ti)高(gao)農(nong)作物(wu)(wu)(wu)生長活力和抵御病(bing)毒能(neng)力,最(zui)終(zhong)達(da)到農(nong)作物(wu)(wu)(wu)增(zeng)產增(zeng)收(shou)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。