分子筛的发展史及未来趋势预测分析的可研报告

第一节 分子筛的定义

分子筛是一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐(泡沸石)或天然沸石。（可研报告）

第二节 分子筛的发展史

分子筛有天然沸石和合成沸石两种。

①天然沸石大部分由火山凝灰岩和凝灰质沉积岩在海相或湖相环境中发生反应而形成。目前已发现有1000多种沸石矿，较为重要的有35种，常见的有斜发沸石、丝光沸石、毛沸石和菱沸石等。主要分布于美、日、法等国，中国也发现有大量丝光沸石和斜发沸石矿床，日本是天然沸石开采量最大的国家。

②因天然沸石受资源限制，从20世纪50年代开始，大量采用合成沸石。早在200多年前，B.克龙施泰特第一个把铝硅酸盐命名为泡沸石，化学组成通式为 式中M与n是金属离子及其价数；x是二氧化硅的分子数；y是水的分子数；p是铝的原子数；q是硅的原子数。分子筛在化学工业中作为固体吸附剂，被其吸附的物质可以解吸，分子筛用后可以再生。还用于气体和液体的干燥、纯化、分离和回收。20世纪60年代开始，在石油炼制工业中用作裂化催化剂，现在已开发多种适用于不同催化过程的分子筛催化剂。

第三节 分子筛行业发展及未来趋势预测分析

分子筛的化学通式为(M′2M)O·Al2O3·xSiO2·yH2O，M′、M分别为一价、二价阳离子如K+、Na+和Ca22+、Ba22+等。它在结构上有许多孔径均匀的孔道和排列整齐的孔穴，不同孔径的分子筛把不同大小和形状分子分开。根据SiO2和Al2O3的分子比不同，得到不同孔径的分子筛。其型号有：3A(钾A型)、4A(钠A型)、5A(钙A型)、10Z(钙Z型)、13Z(钠Z型)、Y(钠Y型)、钠丝光沸石型等。它的吸附能力高、选择性强、耐高温。广泛用于有机化工和石油化工，也是煤气脱水的优良吸附剂。在废气净化上也日益受到重视。 自然界中存在一种天然硅铝酸盐，它们具有筛分分子、吸附、离子交换和催化作用。这种天然物质称为沸石，人工合成的沸石也称为分子筛。

分子筛的性能

吸附性能

沸石分子筛的吸附是一种物理变化过程。产生吸附的原因主要是分子引力作用在固体表面产生的一种“表面力”，当流体流过时，流体中的一些分子由于做不规则运动而碰撞到吸附剂表面，在表面产生分子浓聚，使流体中的这种分子数目减少，达到分离、清除的目的。由于吸附不发生化学变化，只要设法将浓聚在表面的分子赶跑，沸石分子筛就又具有吸附能力，这一过程是吸附的逆过程，叫解析或再生。由于沸石分子筛孔径均匀，只有当分子动力学直径小于沸石分子筛孔径时才能很容易进入晶穴内部而被吸附，所以沸石分子筛对于气体和液体分子就犹如筛子一样，根据分子的大小来决定是否被吸附。由于沸石分子筛晶穴内还有着较强的极性，能与含极性基团的分子在沸石分子筛表面发生强的作用，或是通过诱导使可极化的分子极化从而产生强吸附。这种极性或易极化的分子易被极性沸石分子筛吸附的特性体现出沸石分子筛的又一种吸附选择性。

离子交换性能

通常所说的离子交换是指沸石分子筛骨架外的补偿阳离子的交换。沸石分子筛骨架外的补偿离子一般是质子和碱金属或碱土金属，它们很容易在金属盐的水溶液中被离子交换成各种价态的金属离子型沸石分子筛。离子在一定的条件下，如水溶液或受较高温度时比较容易迁移。在水溶液中，由于沸石分子筛对离子选择性的不同，则可表现出不同的离子交换性质。金属阳离子与沸石分子筛的水热离子交换反应是自由扩散过程。扩散速度制约着交换反应速度。通过离子交换可以改变沸石分子筛孔径的大小，从而改变其性能，达到择形吸附分离混合物的目的。沸石分子筛经离子交换后，阳离子的数目、大小和位置发生改变，如高价阳离子交换低价阳离子后使沸石分子筛中的阳离子数目减少，往往造成位置空缺使其孔径变大;而半径较大的离子交换半径较小的离子后，则易使其孔穴受到一定的阻塞，使有效孔径有所减小。

催化性能

沸石分子筛具有独特的规整晶体结构，其中每一类都具有一定尺寸、形状的孔道结构，并具有较大比表面积。大部分沸石分子筛表面具有较强的酸中心，同时晶孔内有强大的库仑场起极化作用。这些特性使它成为性能优异的催化剂。多相催化反应是在固体催化剂上进行的，催化活性与催化剂的晶孔大小有关。沸石分子筛作为催化剂或催化剂载体时，催化反应的进行受到沸石分子筛晶孔大小的控制。晶孔和孔道的大小和形状都可以对催化反应起着选择性作用。在一般反应条件下沸石分子筛对反应方向起主导作用，呈现了择形催化性能，这一性能使沸石分子筛作为催化新材料具有强大生命力。

分子筛的应用

干燥及净化领域的应用

(1)脱水。利用低硅铝比的沸石分子筛(如 A型，X型等)的极性亲水性，可以进行空气的干燥。

(2)净化空气中的污染物。随着工业的迅速发展，H2S、SO2、NOX以及甲醛的排放量日益增多，造成的污染给人们的生活和环境带来了严重的危害。

吸附分离领域的应用

(1)混合二甲苯的分离。混合二甲苯一般用作溶剂和汽油掺合剂廉价出售，资源浪费十分严重。但混合二甲苯的四个异构体：乙苯、对二甲苯、间二甲苯和邻二甲苯都是重要的化工原料，因此有必要将其逐一分离。

(2)N2/ O2的分离。在变压吸附(PSA)法中，沸石分子筛是利用N2/O2两气体在其表面平衡吸附的差异，选择性地吸附 N2。因为 N2的极化率较大，从而 N2与沸石分子筛中的阳离子及其极性表面作用强于 O2。LiA 型沸石分子筛具有更高的 N2/O2选择比及 N2吸附容量，但热稳定性较差。于是，Li+、碱土金属混合阳离子交换后的 A型沸石分子筛具有较高的 N2/O2选择分离系数、N2吸附容量和较高的热稳定性。另外低硅铝比的 X型沸石分子筛引起了人们的关注。人们对其进行了各种离子交换，其 N2/O2分离选择性较高且热稳定性较好。

(3)提高汽油辛烷值。由于异构烷烃的辛烷值大大高于正构烷烃，因此利用吸附分离法可以脱除正构烷烃。

催化领域的应用

沸石分子筛具有复杂多变的结构和独特的孔道体系，是一种性能优良的催化剂。

展望

近年来，沸石分子筛由于具有独特的性能，已经在吸附分离、催化等领域取得了广泛的应用。但是对某些沸石分子筛的性能优劣问题认识不够深入，有的甚至还很肤浅，为了更加有效地发挥沸石分子筛在吸附分离、催化领域应用的优势，要注意以下几个方面的工作：1）研制价格低廉的沸石分子筛，以降低生产成本为目的；2）研究沸石分子筛的合成及改性对结构、组成和性能的影响，寻找提高其吸附容量和选择性的方法；3）建立和完善评价吸附剂性能的定量指标，更好地为实际生产做出指导。

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