цеолит

В природе существует природный алюмосиликат с эффектами молекулярного просеивания, адсорбции, ионного обмена и катализа. Это природное вещество называется цеолитом, а синтетический цеолит также известен как молекулярные сита.

Формула химического состава цеолита: (Mn+) 2/nO • Al2O3 • xSiO2 • pH2O, M представляет собой ион металла (обычно Na в искусственном синтезе), N представляет собой валентность иона металла, x представляет собой количество молей SiO2, также известное как отношение кремнезема к оксиду алюминия, p представляет количество молей воды. Самой основной структурой кристаллического цеолита являются тетраэдры SiO4 и AlO4, благодаря связыванию обычных атомов кислорода с образованием кристаллов с трехмерной сетчатой структурой. Эта комбинация образует полости и каналы молекулярного уровня и одинакового размера пор. Благодаря разным структурам и разным формам «клетка» Отверстия по форме можно разделить на α, β, γ, шестиугольную призму и фожазит. Кристаллическая структура цеолитов типа A, X и Y показана на рисунке 1.

 
На рисунке 1 показана основная структура цеолита типа A, X и Y

Поскольку AlO4 тетраэдр имеет отрицательный заряд, он может связываться с ионами натрия, чтобы стать электрически нейтральным. В водном растворе Na+ легко обменивается с другими катионами. Большинство видов молекулярно-ситовых катализаторов представляют собой катализаторы обмена поливалентных катионов металлов или Н+. Цеолит обладает кислотностью и селективностью по молекулярному размеру и может использоваться в качестве катализатора или носителя. Атомы кремния и алюминия, образуя кислородное кольцо через атомы кислорода, определяют апертуру пор цеолита. Число атомов кислорода на кислородное кольцо составляет от 4 до 12. Как правило, разновидности эффекта молекулярного сита содержат восьмичленное кольцо (0,4 ~ 0,5 нм), 10-MR (0,5 ~ 0,6 нм) и 12-членное кольцо (0,7 ~ 0,9 нм). нм).

Разновидности, имеющие двенадцатичленное кислородное кольцо, содержат цеолит Y (x = 3,1 ~ 6,0) и морденит (x = 9 ~ 11). Первый можно использовать в качестве катализатора крекинга и бифункционального катализатора, тогда как последний можно использовать в качестве катализатора диспропорционирования толуола.
Десятичленное кислородное кольцо включает ZSM-5, ZSM-11 и некоторые цеолиты серии ZSM.

Восьмичленные кислородные кольца включают цеолит А (x = 2), цеолит Т-типа и ZSM-34 и т.п. Их поры очень малы, и только углеводороды с прямой цепью могут проникать в поры. Катализатор с молекулярным ситом в качестве каталитически активного компонента или основного активного компонента известен как катализатор на основе молекулярного сита. Цеолит, обладающий ионообменными свойствами, равномерным размером молекул пор, отличной кислотной каталитической активностью, хорошей термической и гидротермической стабильностью. Он может быть изготовлен из катализаторов с высокой активностью и селективностью по отношению к ряду реакций.

Молекулярные сита могут широко использоваться в качестве твердого абсорбента в химической промышленности, нефтяной промышленности и других соответствующих отделах и экспериментах. После соответствующей обработки (например, нагревания) может происходить десорбция адсорбированного вещества, при этом этот процесс называется «регенерацией», после чего молекулярное сито может быть использовано повторно. Молекулярные сита можно использовать для осушки как газов, так и жидкостей, а также для дегидратации соединения (удаляют кристаллическую воду или удаляют гидроксильные и водородные атомы в двух близких молекулах соединения в виде воды). Выбор молекулярного сита с подходящим размером молекулярных пор может адсорбировать определенное вещество в смеси для достижения цели выделения или очистки.

Катализатор с цеолитом в качестве активного компонента можно назвать молекулярно-ситовым катализатором. Промышленность, использующая наибольшее количество цеолитных катализаторов, представляет собой катализатор крекинга в нефтеперерабатывающей промышленности. Существуют также катализаторы другого органического синтеза и других свойств. Обычно катализатор на основе молекулярного сита содержит только от 5 до 15% молекулярного сита, а остальное составляет матрица. Матрица часто состоит из тугоплавкого неорганического оксида или их смесей и глины. М в общей формуле цеолита обычно представляет собой Na+, K+, Ca2+, причем эти ионы могут быть частично или полностью заменены ионами металлов меньшего радиуса и большего заряда. В этом случае скелетная структура по существу такая же, но это сильно влияет на производительность молекулярного сита, позволяя ему обладать специфическим каталитическим свойством. В последние годы гетероатомное молекулярное сито образовалось путем введения других атомов (например, галлия, германия, железа, бора, фосфора, хрома, ванадия, молибдена и мышьяка) в силико-алюминиевый остов молекулярного для замещения (или частичного замещения) кремния или алюминия обладают особыми каталитическими свойствами. В 1982 году было сообщено о синтезе серии молекулярных сит из фосфата алюминия, а в 1984 году мы увидели появление молекулярных сит, содержащих фосфат кремния и алюминия. Молекулярное сито также можно использовать для депарафинизации бензина, топлива для реактивных двигателей и дизельного топлива. Это называется депарафинизацией на молекулярном сите.

Информация собрана и отредактирована Xiaonan из ChemicalBook.

---