一、沸石分子篩的性能
1、吸附性能
沸石分子篩的(de)(de)吸附是(shi)一種(zhong)物(wu)理變化過程。產生(sheng)吸附的(de)(de)原因(yin)主要是(shi)分(fen)子(zi)引力作用在固體表(biao)(biao)面(mian)(mian)產生(sheng)的(de)(de)一種(zhong)“表(biao)(biao)面(mian)(mian)力”,當流體流過時,流體中的(de)(de)一些(xie)分(fen)子(zi)由(you)于做不規則運動而碰撞到吸附劑(ji)表(biao)(biao)面(mian)(mian),在表(biao)(biao)面(mian)(mian)產生(sheng)分(fen)子(zi)濃(nong)聚,使流體中的(de)(de)這種(zhong)分(fen)子(zi)數目(mu)減(jian)少,達到分(fen)離、清除(chu)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。
由于吸(xi)(xi)(xi)附(fu)不發生化(hua)學變化(hua),只要設法將濃聚在表面的(de)分子(zi)趕跑,沸(fei)石分子(zi)篩(shai)就又具有吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能力,這一過(guo)程是(shi)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)的(de)逆(ni)過(guo)程,叫(jiao)解析(xi)或(huo)再生。
由于沸(fei)石分(fen)子(zi)篩(shai)孔(kong)徑均勻,只有當分(fen)子(zi)動(dong)力(li)學直(zhi)徑小于沸(fei)石分(fen)子(zi)篩(shai)孔(kong)徑時才能(neng)很(hen)容易(yi)進入晶穴內(nei)部而被(bei)吸(xi)附,所以沸(fei)石分(fen)子(zi)篩(shai)對于氣體和液體分(fen)子(zi)就猶如篩(shai)子(zi)一(yi)樣(yang),根據分(fen)子(zi)的大(da)小來決定是否被(bei)吸(xi)附。
由于沸(fei)石(shi)分子篩(shai)晶穴內還有著較強(qiang)的(de)極(ji)(ji)(ji)性,能與含極(ji)(ji)(ji)性基團的(de)分子在沸(fei)石(shi)分子篩(shai)表面(mian)發生強(qiang)的(de)作用,或是通過誘導使可極(ji)(ji)(ji)化的(de)分子極(ji)(ji)(ji)化從而產生強(qiang)吸附。
這種極性或(huo)易(yi)極化的(de)分(fen)子易(yi)被極性沸石分(fen)子篩吸附的(de)特性體現出沸石分(fen)子篩的(de)又一(yi)種吸附選擇性。
2、離子交換性能
通常所說的(de)離子(zi)(zi)交(jiao)換是指沸(fei)石分(fen)子(zi)(zi)篩骨架(jia)外(wai)的(de)補(bu)(bu)償陽離子(zi)(zi)的(de)交(jiao)換。沸(fei)石分(fen)子(zi)(zi)篩骨架(jia)外(wai)的(de)補(bu)(bu)償離子(zi)(zi)一般是質(zhi)子(zi)(zi)和(he)堿(jian)金(jin)屬(shu)或堿(jian)土金(jin)屬(shu),它們很容(rong)易在金(jin)屬(shu)鹽的(de)水(shui)溶(rong)液中被離子(zi)(zi)交(jiao)換成各種(zhong)價(jia)態(tai)的(de)金(jin)屬(shu)離子(zi)(zi)型沸(fei)石分(fen)子(zi)(zi)篩。
離子(zi)在(zai)(zai)一定的(de)(de)條件(jian)下(xia),如(ru)水溶液或受(shou)較高溫度時(shi)比較容(rong)易遷移。在(zai)(zai)水溶液中,由(you)于沸石(shi)分子(zi)篩對離子(zi)選(xuan)擇性(xing)的(de)(de)不同,則可表現出不同的(de)(de)離子(zi)交(jiao)(jiao)換(huan)性(xing)質(zhi)。金屬陽離子(zi)與(yu)沸石(shi)分子(zi)篩的(de)(de)水熱(re)離子(zi)交(jiao)(jiao)換(huan)反應(ying)是自由(you)擴(kuo)散(san)過程。擴(kuo)散(san)速度制約著交(jiao)(jiao)換(huan)反應(ying)速度。
通過離子交換可以改(gai)變(bian)沸(fei)石分子篩孔徑的大小,從(cong)而改(gai)變(bian)其性能,達(da)到擇(ze)形吸附分離混合物的目的。
沸(fei)石分(fen)子(zi)篩經離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)后,陽(yang)(yang)離(li)子(zi)的(de)數目(mu)、大(da)(da)小(xiao)和位置(zhi)發生改變,如高(gao)價陽(yang)(yang)離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)低價陽(yang)(yang)離(li)子(zi)后使(shi)沸(fei)石分(fen)子(zi)篩中(zhong)的(de)陽(yang)(yang)離(li)子(zi)數目(mu)減少,往(wang)(wang)往(wang)(wang)造成位置(zhi)空缺使(shi)其孔(kong)(kong)徑(jing)(jing)變大(da)(da);而(er)半(ban)徑(jing)(jing)較(jiao)大(da)(da)的(de)離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)半(ban)徑(jing)(jing)較(jiao)小(xiao)的(de)離(li)子(zi)后,則易使(shi)其孔(kong)(kong)穴受到一定的(de)阻塞,使(shi)有效孔(kong)(kong)徑(jing)(jing)有所減小(xiao)。
3、催化性能
沸石分子篩具(ju)有(you)獨特的規整(zheng)晶體(ti)結構(gou)(gou),其中每一(yi)(yi)類都具(ju)有(you)一(yi)(yi)定尺寸、形(xing)狀(zhuang)的孔道結構(gou)(gou),并具(ju)有(you)較大比表面積。
大部(bu)分沸石(shi)分子篩表面具(ju)有較強(qiang)的(de)酸中心,同時晶孔內有強(qiang)大的(de)庫(ku)侖(lun)場起極(ji)化作(zuo)用。這些特性使它成(cheng)為性能優異的(de)催化劑。
多相催(cui)化(hua)(hua)(hua)反應(ying)是在固(gu)體催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)上進(jin)行(xing)的(de),催(cui)化(hua)(hua)(hua)活性與催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)的(de)晶(jing)孔(kong)大小有關。沸(fei)石(shi)(shi)分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)(shai)作為催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)或催(cui)化(hua)(hua)(hua)劑(ji)載體時,催(cui)化(hua)(hua)(hua)反應(ying)的(de)進(jin)行(xing)受到沸(fei)石(shi)(shi)分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)(shai)晶(jing)孔(kong)大小的(de)控制。晶(jing)孔(kong)和(he)孔(kong)道的(de)大小和(he)形狀(zhuang)都可以對催(cui)化(hua)(hua)(hua)反應(ying)起(qi)(qi)著選擇(ze)(ze)性作用。在一般(ban)反應(ying)條件下沸(fei)石(shi)(shi)分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)(shai)對反應(ying)方向(xiang)起(qi)(qi)主導作用,呈現了擇(ze)(ze)形催(cui)化(hua)(hua)(hua)性能(neng),這一性能(neng)使沸(fei)石(shi)(shi)分(fen)子(zi)(zi)篩(shai)(shai)作為催(cui)化(hua)(hua)(hua)新材料具有強大生命(ming)力。
二、沸石分子篩的結構
它具有晶體(ti)(ti)的(de)(de)(de)結構和特征,表面為固體(ti)(ti)骨架,內部的(de)(de)(de)孔(kong)穴(xue)可起到吸附分(fen)(fen)子的(de)(de)(de)作用。孔(kong)穴(xue)之(zhi)間有孔(kong)道相互連接,分(fen)(fen)子由(you)孔(kong)道經(jing)過。由(you)于孔(kong)穴(xue)的(de)(de)(de)潔凈性(xing)質,分(fen)(fen)子篩(shai)的(de)(de)(de)孔(kong)徑分(fen)(fen)布非常均一(yi)。分(fen)(fen)子篩(shai)依據其(qi)晶體(ti)(ti)內部孔(kong)穴(xue)的(de)(de)(de)大(da)小對分(fen)(fen)子進行(xing)選(xuan)擇性(xing)吸附,也就是吸附一(yi)定(ding)大(da)小的(de)(de)(de)分(fen)(fen)子而排斥較大(da)物質的(de)(de)(de)分(fen)(fen)子。
沸石(shi)分子篩按(an)其孔(kong)或通道體(ti)系可分為小(xiao)孔(kong),中孔(kong)(介孔(kong))和雙孔(kong)沸石(shi)三個組別。可用于富氧(yang)空氣的變壓吸附(fu)分離。
三、沸石分子篩的應用
沸(fei)石(shi)(shi)分子(zi)篩晶(jing)體具(ju)(ju)(ju)有吸(xi)附性(xing)(xing)(xing)、可交(jiao)換性(xing)(xing)(xing)等(deng)諸多優良性(xing)(xing)(xing)能,所以(yi)(yi)(yi)被廣泛應用(yong)于(yu)石(shi)(shi)油化(hua)工(gong)(gong)工(gong)(gong)業、洗(xi)滌劑工(gong)(gong)業、精細化(hua)工(gong)(gong)等(deng)工(gong)(gong)業。在沸(fei)石(shi)(shi)分子(zi)篩的(de)(de)(de)研究中,以(yi)(yi)(yi)廉價(jia)天然礦(kuang)物為原料制(zhi)備分子(zi)篩和其功能性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)研究是該領(ling)域(yu)中最具(ju)(ju)(ju)有價(jia)值(zhi)的(de)(de)(de)研究之一。紅(hong)輝沸(fei)石(shi)(shi)屬(shu)于(yu)輝沸(fei)石(shi)(shi)族(zu),是其中的(de)(de)(de)一個(ge)礦(kuang)物種(zhong),紅(hong)輝沸(fei)石(shi)(shi)以(yi)(yi)(yi)含水架狀鋁硅酸(suan)鹽為基礎結構,在不同溫(wen)度環境下對各種(zhong)陽(yang)離(li)子(zi)具(ju)(ju)(ju)有選擇(ze)吸(xi)附性(xing)(xing)(xing),且具(ju)(ju)(ju)有良好的(de)(de)(de)催(cui)化(hua)功能、可加工(gong)(gong)性(xing)(xing)(xing)能、低(di)硬度、低(di)熱膨脹性(xing)(xing)(xing)能,且熱穩定性(xing)(xing)(xing)較好,被廣泛應用(yong)于(yu)環境材料,農(nong)牧(mu)業改良,化(hua)工(gong)(gong)添加劑和吸(xi)附劑等(deng)領(ling)域(yu)。
1、畜牧業生產
分(fen)子(zi)篩(shai)獨特的(de)結(jie)構(gou)決定(ding)了其(qi)有(you)良好的(de)吸(xi)附性(xing)(xing)能(neng)(neng)和離(li)子(zi)交(jiao)換性(xing)(xing)能(neng)(neng),利(li)(li)(li)用分(fen)子(zi)篩(shai)為(wei)載體,吸(xi)附接枝抗菌(jun)(jun)物(wu)質制成飼料添加劑(ji),可(ke)以增加抗菌(jun)(jun)劑(ji)的(de)緩釋能(neng)(neng)力(li)(li),提高(gao)(gao)抗菌(jun)(jun)劑(ji)利(li)(li)(li)用效率,從而達到事半功倍的(de)目的(de),同時,分(fen)子(zi)篩(shai)自身也(ye)具有(you)一定(ding)的(de)殺菌(jun)(jun)能(neng)(neng)力(li)(li),能(neng)(neng)提高(gao)(gao)牲畜的(de)抗病能(neng)(neng)力(li)(li),且分(fen)子(zi)篩(shai)無(wu)毒無(wu)害,性(xing)(xing)能(neng)(neng)穩(wen)定(ding),不會(hui)被動物(wu)吸(xi)收(shou)。利(li)(li)(li)用分(fen)子(zi)篩(shai)吸(xi)附二(er)甲(jia)酸鉀制得的(de)分(fen)子(zi)篩(shai)抗菌(jun)(jun)劑(ji)能(neng)(neng)大幅度提高(gao)(gao)二(er)甲(jia)酸鉀的(de)抑菌(jun)(jun)能(neng)(neng)力(li)(li)。
2、醫藥產業
利(li)用分(fen)(fen)子(zi)篩良(liang)好(hao)的(de)(de)吸附(fu)性(xing)(xing)能和分(fen)(fen)散性(xing)(xing)能,可(ke)(ke)以(yi)作為藥物的(de)(de)載體,對藥物中(zhong)的(de)(de)有效成(cheng)分(fen)(fen)進行吸附(fu)接枝,可(ke)(ke)以(yi)提高藥物的(de)(de)緩釋性(xing)(xing)能,增強藥效,延長藥物作用的(de)(de)時間,且分(fen)(fen)子(zi)篩無(wu)毒(du)無(wu)害,服用之后在(zai)人身(shen)體內不(bu)發生吸收,對身(shen)體無(wu)毒(du)副作用。還(huan)可(ke)(ke)以(yi)載入(ru)特定病菌(jun),有效地抑(yi)制細菌(jun)生長。沸(fei)石分(fen)(fen)子(zi)篩良(liang)好(hao)的(de)(de)離(li)子(zi)交換(huan)性(xing)(xing)能可(ke)(ke)以(yi)吸附(fu)交換(huan)重金屬離(li)子(zi),從而可(ke)(ke)以(yi)制備高度活(huo)性(xing)(xing)和耐久性(xing)(xing)的(de)(de)抗菌(jun)劑。
3、污水處理
天然紅輝沸石具(ju)有(you)一(yi)定的(de)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)交(jiao)換和吸附性能(neng),利用其性能(neng)可以從污(wu)水(shui)中(zhong)吸附氨(an)氮(dan),從而達到凈化污(wu)水(shui)的(de)效果。天然紅輝沸石經過特殊處理(li)之后,可以形(xing)成(cheng)分子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)篩,分子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)篩的(de)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)交(jiao)換與吸附性能(neng)遠(yuan)(yuan)遠(yuan)(yuan)高于天然沸石,這使其能(neng)夠(gou)更(geng)好地吸附污(wu)水(shui)中(zhong)的(de)重金屬離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)及(ji)其他有(you)害離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi),如:鎳、鋅、鉻、鎘、汞、鐵等離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)及(ji)酚、氨(an)氮(dan)、三氮(dan)、磷(lin)酸根離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)等有(you)機(ji)物,因此,分子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)篩是處理(li)污(wu)水(shui)的(de)新型材料。
4、農業
利用分子篩的(de)吸附性(xing)能(neng)(neng)及陽離(li)子(zi)交(jiao)換性(xing)能(neng)(neng),可(ke)以改良土壤性(xing)能(neng)(neng),降低(di)土壤pH,提高(gao)(gao)農作物(wu)需(xu)(xu)要(yao)的(de)微量元素的(de)供應,交(jiao)換農作物(wu)所需(xu)(xu)要(yao)的(de)K、Na、Mg、Ca等離(li)子(zi),起到間接肥的(de)作用。同時,分子(zi)篩可(ke)以吸附雙氫(qing)胺等物(wu)質配成肥料緩釋劑,不僅(jin)大幅度提高(gao)(gao)了氮(dan)肥實際利用率,延長氮(dan)肥有效期,還可(ke)以改善農作物(wu)營(ying)養狀況(kuang),提高(gao)(gao)農作物(wu)生長活(huo)力和抵御病毒能(neng)(neng)力,最(zui)終達到農作物(wu)增產增收(shou)的(de)目的(de)。