分子篩產(chǎn)品種類繁多應(yīng)用廣泛,技術(shù)壁壘較高
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分子篩又稱沸石或泡沸石,具有吸附、離子交換、催化等功能。分子篩是一類無(wú)機(jī)非金屬多孔晶體材料,具有大的比表面積、規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)以及可調(diào)控的功能基元,能有效分離和選擇活化直徑尺寸不同的分子、極性不同的分子、沸 點(diǎn)不同的分子及飽和程度不同的有機(jī)烴類分子,具有“篩分分子”和“擇形催化”的作用。分子篩具有優(yōu)異的
分子篩產(chǎn)品種類繁多應(yīng)用廣泛,技術(shù)壁壘較高
分子篩又稱沸石或泡沸石,具有吸附、離子交換、催化等功能。分子篩是一類無(wú)機(jī)非金屬多孔晶體材料,具有大的比表面積、規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)以及可調(diào)控的功能基元,能有效分離和選擇活化直徑尺寸不同的分子、極性不同的分子、沸 點(diǎn)不同的分子及飽和程度不同的有機(jī)烴類分子,具有“篩分分子”和“擇形催化”的作用。分子篩具有優(yōu)異的
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分子篩又稱沸石或泡沸石,具有吸附、離子交換、催化等功能。分子篩是一類無(wú)機(jī)非金屬多孔晶體材料,具有大的比表面積、規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)以及可調(diào)控的功能基元,能有效分離和選擇活化直徑尺寸不同的分子、極性不同的分子、沸 點(diǎn)不同的分子及飽和程度不同的有機(jī)烴類分子,具有“篩分分子”和“擇形催化”的作用。分子篩具有優(yōu)異的吸附、離子 交換和催化性能,被廣泛用作吸附材料、離子交換材料以及催化材料,其中:吸附材料主要用于工業(yè)與環(huán)境領(lǐng)域各種 氣體的分離、凈化與干燥;離子交換材料主要應(yīng)用于洗滌助劑、放射性廢料與廢液的處理;催化材料主要應(yīng)用于石油 煉制與加工、石油化工、煤化工與精細(xì)化工領(lǐng)域中大量工業(yè)催化過(guò)程。
合成分子篩基本可分為 A、X、Y、M 和 ZSM 等多種型號(hào)。分子篩化學(xué)通式為 M2/nO·xAl2O3·ySiO2·zH2O,其中 M 代 表陽(yáng)離子,如 K+、Na+、Ca2+、Ba2+、Ce3+等,n 代表其價(jià)態(tài)數(shù),x 和 y 為整數(shù),z 為水合數(shù)。分子篩按孔道大小可 分為微孔分子篩(孔徑 2 nm 以下)、介孔分子篩(孔徑 2-50 nm 以下)、大孔分子篩(孔徑 50 nm 以上)及復(fù)合孔 道分子篩;按其來(lái)源可分為天然分子篩和合成分子篩,其中合成分子篩按骨架元素組成可分為硅鋁基類分子篩、磷酸 鹽類分子篩、鈦硅類分子篩和其它雜原子類分子篩;按微觀骨架結(jié)構(gòu)可劃分為 BEA 結(jié)構(gòu)分子篩、CHA 結(jié)構(gòu)分子篩、 AEI 結(jié)構(gòu)分子篩、MFI 結(jié)構(gòu)分子篩等;按照分子篩中硅鋁比的不同,可以分為 A 型(1.5~2.0),X 型(2.1~3.0), Y 型(3.1~6.0),絲光沸石(M 型,9~11)和高硅型沸石(>10,如 ZSM-5)等。
A、X 等型號(hào)分子篩可根據(jù)孔徑、晶型和組成元素等進(jìn)一步細(xì)分,性能有所不同。商品分子篩常用前綴數(shù)碼將分子篩 加以分類,如 A 型分子篩可細(xì)分為 3A/4A/5A 型分子篩等,對(duì)應(yīng)分子篩孔徑分別為 0.3/0.4/0.5 nm,他們可以吸附分子直徑小于孔徑的氣體分子,孔徑尺寸越大,吸附量越大。含 Na+的 A 型分子篩記為 Na-A,含 Na+的 X 型分子篩記 為 Na-X 型分子篩(又稱 13X 型),若 Na-A 型分子篩中的 Na+被 K+置換,孔徑約為 3A,記為 3A 型分子篩;若 Na-A 型分子篩中有 1/3 以上的 Na+被 Ca2+置換,孔徑約為 5A,記為 5A 型分子篩。分子篩具有高效吸附性,同時(shí)也擁有 催化性能,其中 3A 型、4A 型、5A 型、13X型等分子篩產(chǎn)品主要應(yīng)用于石油煉制、石油化工、煤化工、化肥、冶金、 電子等行業(yè)的氣體分離、干燥和凈化;ZSM 型等分子篩產(chǎn)品主要作為催化劑應(yīng)用于石油化工、石油煉制等行業(yè)。
分子篩主要通過(guò)水熱合成法制備,模板劑在反應(yīng)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)分子篩的制備合成方法有水熱合成法和水 熱轉(zhuǎn)化法等多種工藝,水熱合成技術(shù)是合成沸石的基本途徑,也是目前應(yīng)用最廣泛的合成方法,主要是將硅源、鋁源、 堿、水、模板劑(或不加模板劑)按一定的比例配制成混合溶液,在熱壓釜中加熱一定時(shí)間,調(diào)節(jié)壓力和溫度,從而 析出分子篩晶體,再通過(guò)復(fù)雜工藝制備成分子篩成品。在分子篩合成過(guò)程中,模板劑起到非常關(guān)鍵的作用,包括模板 作用,結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用,作為空間填充劑、電荷平衡劑、酸堿調(diào)節(jié)劑、抑制劑以及避免引入無(wú)機(jī)離子等。根據(jù)模板劑種 類,水熱合成法可進(jìn)一步分為三類:(1)以季銨鹽及有機(jī)胺類為模板劑,其為常用的工業(yè)模板劑;(2)以無(wú)機(jī)胺及 醇類為模板劑,可解決有機(jī)模板劑存在的毒性問(wèn)題,已在部分產(chǎn)品(如 ZSM-5)中實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn);(3)無(wú)模板劑合 成法(主要指通常合成中需要有機(jī)模板劑的沸石,通常合成中無(wú)需有機(jī)模板劑的沸石如 A、X、Y 型等不在其中), 即不添加有機(jī)胺和無(wú)機(jī)胺等作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,通過(guò)自發(fā)成核或加入提前準(zhǔn)備好的晶種(晶種法),可避免大多數(shù)模板 劑存在的毒性大和成本高的問(wèn)題,目前很多分子篩還未實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)體系晶種法合成。
分子篩高端產(chǎn)品技術(shù)壁壘高、開發(fā)周期長(zhǎng),下游行業(yè)準(zhǔn)入門檻高。分子篩制備過(guò)程中的整個(gè)晶化涉及到復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,且成核和晶體生長(zhǎng)又多在非均相體系中,因此制備優(yōu)質(zhì)分子篩存在較高技術(shù)門檻。原創(chuàng)型的分子篩產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室階段到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用,需要對(duì)分子篩工藝配比、合成與交換工業(yè)條件等進(jìn)行復(fù)雜的實(shí)驗(yàn),開發(fā)周期較長(zhǎng),目前國(guó)際已 知 253 種分子篩結(jié)構(gòu)類型,僅有 20 余種得到工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn),此外分子篩從基礎(chǔ)理論-實(shí)驗(yàn)室研發(fā)-工業(yè)規(guī)模化-市場(chǎng)應(yīng)用,均需要經(jīng)受時(shí)間考驗(yàn)。由于分子篩質(zhì)量對(duì)下游裝置的運(yùn)行安全和生產(chǎn)效率至關(guān)重要,下游客戶一般不會(huì)輕易 更換分子篩供應(yīng)商,分子篩企業(yè)的產(chǎn)品除需要較高的質(zhì)量外,還需經(jīng)過(guò)客戶試用、小規(guī)模應(yīng)用等多年時(shí)間才有可能被 客戶正式應(yīng)用。
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