分子筛
分子筛介绍
4A分子筛简介:
• 化学式： Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O
• 硅铝比：SiO2/ Al2O3≈2 • 有效孔径：约4A
4A分子筛
4A分子筛的应用:
一.日化----涤剂助剂： 1、作为洗涤剂助剂的作用主要
是交换水中的钙离子产生软化 水，去除污垢和防止污垢再沉 积。 2、替代三聚磷酸钠作洗涤助剂 对解决环境污染有着重大作用。 3、用作香皂的成型剂、牙膏的 摩擦剂等。
4A分子筛的应用：
三.其他用途： 1、水处理----硬水软化剂,可以
代替目前我国广泛使用的磺化煤， 从而降低成本。
2、冶金工业----分离剂,分离、 提取卤水中的钾、铷、铯等。在工 业上用于富集、分离和提取金属等 工艺过程。
3、石化工业----催化剂、干燥 剂、吸附剂 。
4、农业----土壤改良剂 。 5、医药----载银沸石抗菌剂。
13X分子筛简介：
• 化学式： Na2O·Al2O3·（2.8±0.2） SiO2·（6-7）H2O
• 硅铝比：SiO2/AL2O3≈2.6-3.0 • 有效孔径：约10A
13X分子筛应用：
1、空气分离装置中气体净化， 脱除水和二氧化碳。
2、天然气、液化石油气、液态 烃的干燥和脱硫 。
3、一般气体深度干燥 。
10X分子筛简介：
• 化学式： 4/5CaO·1/5Na2O·Al2O3·（2 .8±0.2) SiO2·（6-7)H2O
• 硅铝比：SiO2/ Al2O3≈2.63.0
• 有效孔径：约9A
10X分子筛应用：
能吸附直径小于9Å的异构 烷烃、芳烃、环烷烃，用于粗 液体石蜡精制时，能优先选择 吸附分离掉粗石蜡中氮化物， 有机酸、硫化物及芳烃等极性 化合物，从面使上述极性化合 物中精液体分离出来。
分子筛简介
硅氧四面体 SiO4 和铝氧四面体 AlO4 以 Si 或 Al 原子为中心的正四面体
O2-
Si4+ 或 Al3+
2、环结构
硅 铝 氧四面体通过氧桥连接成环
每个顶点代表一个硅原子或者铝原子 每条边代表一个氧桥
由4个四面体形成四元环,5个四面体形成五元环,依此类推还有六元环、八元环、十元环、十二元环和十八元环等 注意：多元环上的原子可能不在同一平面上,有扭曲和褶皱, 因此同种氧环的孔口的大小是有一定变化的
4、化学组成
由于 Al3+ 三价、AlO4 四面体有过剩负电荷,金属阳离子 Na+ 、K+、Ca2+、Sr2+、Ba2+ 的存在使其保持电中性
1 2 5
低硅 中硅 高硅分子筛
二、分子筛的结构构型
基本结构单元是硅氧四面体 SiO4 和铝氧四面体 AlO4 硅 铝 氧四面体通过氧桥连接成环 环通过氧桥连接成三维空间的多面体 笼 笼通过氧桥连接成分子筛
四面体
环
笼
分子筛
硅 铝 氧三维骨架结构具有大量的孔隙 晶穴、晶孔、孔道 ,可以容纳金属阳离子和水分子 —— 阳离子交换与脱水
4、分子筛结构
不同结构的笼通过氧桥连接成各种结构的分子筛
A型分子筛
骨架： 笼的6个四元环通过氧桥相互连接 连接处形成 笼 主晶穴 孔穴 ： 8个 笼和8个 笼围成一个 笼 最大窗孔：八元环,孔径 0.41 nm 孔道： 笼之间通过八元环沿三个晶轴方向互相贯通,形成三维孔道
不同吸附剂对水的吸附等压线
择形 选择 吸附 根据分子大小和形状的选择吸附 根据分子极性和不饱和度的选择吸附
不同气体在4A上的吸附等温线
分子筛的原理及应用
分子筛的原理及应用一、分子筛的基本原理分子筛是一种多孔材料，具有特殊的分子吸附能力。
它的基本原理是通过固定在晶体结构中的孔道，使分子只能以特定尺寸和形状通过。
这种选择性吸附的原理使得分子筛在各种领域有广泛的应用。
二、分子筛的分类根据孔径和孔型的不同，分子筛可以分为不同的类型，常见的有沸石型、合成型、硅铝酸盐型等。
2.1 沸石型分子筛沸石型分子筛的主要成分是沸石类矿物，具有三维的网状结构。
它的孔径较大，常用于吸附分离和催化反应。
2.2 合成型分子筛合成型分子筛是人工合成的，可以根据需要进行调控，孔径和孔型可以根据实际应用进行设计。
2.3 硅铝酸盐型分子筛硅铝酸盐型分子筛是以硅铝酸盐为主要成分的分子筛，具有较高的热稳定性和高孔容量。
三、分子筛的应用分子筛广泛应用于许多领域，包括化学、环境、能源等。
下面列举了一些常见的应用领域和具体应用案例：3.1 化学领域•吸附分离：分子筛可以根据不同的孔径和孔型，实现对不同分子的吸附分离，例如对气体、液体的分离。
•催化剂：分子筛可以作为催化剂的支撑材料，提高催化反应的效率。
•吸附剂：分子筛可以用作吸附剂，用于去除废水中的有机物和重金属离子。
3.2 环境领域•污水处理：分子筛可以用于污水处理，去除其中的有机物和重金属离子。
•空气净化：分子筛可以用于空气净化，去除其中的有害气体和颗粒物。
3.3 能源领域•甲烷捕获：分子筛可以用于甲烷捕获，提高天然气的收集和利用效率。
•燃料电池：分子筛可以作为燃料电池中的离子传输材料，提高燃料电池的性能和稳定性。
3.4 生物医药领域•药物吸附和释放：分子筛可以用于药物的吸附和释放，控制药物的释放速率。
•体外脱水：分子筛可以用于体外脱水，去除体内多余水分。
四、总结分子筛作为一种多孔材料，具有特殊的分子吸附能力，在化学、环境、能源等领域有广泛的应用。
通过选择性吸附不同尺寸和形状的分子，分子筛可以实现吸附分离、催化反应和污水处理等功能。
分子筛的应用不仅可以提高生产效率，还可以改善环境质量和提高能源利用效率。
分子筛
催化剂及其作用机理二分子筛催化剂1.分子筛的概念分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的孔隙结构。
分子筛中含有大量的结晶水，加热时可汽化除去，故又称沸石。
自然界存在的常称沸石，人工合成的称为分子筛。
它们的化学组成可表示为Mx/n[(Al3O2)x·(SiO2)y] ·ZH2O式中M是金属阳离子，n是它的价数，x是Al3O2的分子数，y是SiO2分子数，Z是水分子数，因为Al3O2带负电荷，金属阳离子的存在可使分子筛保持电中性。
当金属离子的化合价n = 1时，M的原子数等于Al的原子数；若n = 2，M的原子数为Al原子数的一半。
常用的分子筛主要有：方钠型沸石，如A型分子筛；八面型沸石，如X-型，Y-型分子筛；丝光型沸石（-M型）；高硅型沸石，如ZSM-5等。
分子筛在各种不同的酸性催化剂中能够提供很高的活性和不寻常的选择性，且绝大多数反应是由分子筛的酸性引起的，也属于固体酸类。
近20年来在工业上得到了广泛应用，尤其在炼油工业和石油化工中作为工业催化剂占有重要地位。
2.分子筛的结构特征（1）四个方面、三种层次：分子筛的结构特征可以分为四个方面、三种不同的结构层次。
第一个结构层次也就是最基本的结构单元硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（AlO4），它们构成分子筛的骨架。
相邻的四面体由氧桥连结成环。
环是分子筛结构的第二个层次，按成环的氧原子数划分，有四元氧环、五元氧环、六元氧环、八元氧环、十元氧环和十二元氧环等。
环是分子筛的通道孔口，对通过分子起着筛分作用。
氧环通过氧桥相互联结，形成具有三维空间的多面体。
各种各样的多面体是分子筛结构的第三个层次。
多面体有中空的笼，笼是分子筛结构的重要特征。
笼分为α笼，八面沸石笼，β笼和γ笼等。
（2）分子筛的笼：α笼：是A型分子筛骨架结构的主要孔穴，它是由12个四元环，8个六元环及6个八元环组成的二十六面体。
笼的平均孔径为1.14nm，空腔体积为760[Å]3。
分子筛
1.23
1.23 2.45 5.00 31.00
2.5
2.5 4.9 10 ＞30
0.8～0.9
0.9～1.0 0.9～1.0 0.58～0.70 0.52～0.58 7
⑵分子筛的结构
①、硅（铝）氧四面体（一级结构单元）
O O Si O O 硅 四 体 氧 面 （ 面 ） 平 图 硅 四 体 体 氧 面 立 图 表 硅 示 ， 表 氧 示 ）
一个α笼的周围有八个β笼和十个γ笼。α笼和β笼是通过六元环互相
沟通的。同时，一个α笼的周围还有与其相邻的α笼。它们是通过八元环相 互沟通的。八元环是A型分子筛的主晶孔，其孔径为0.45nm，所以是A型分子
筛主要的孔径.
当阳离子不同时，主要通道的孔径也会有变化。
19
α 笼最大孔口为八元环，A型沸石的单胞组成：
M / n [(AlO2 ) p (SiO2 )q ] yH2O
5
＆ 各种分子筛的区别，首先表现在化学组成上的不同， 而化学组成上的区别最主要的在于硅铝比的不同。
A型分子筛，m＝2；X型分子筛，m＝2.1－3.0 Y型分子筛，m＝3.1-6.0；丝光沸石，m＝9－11
＆ 一般硅铝比m增加，耐酸性和耐热性增加，耐碱 性降低。硅铝比不同，分子筛的结构和表面酸性 质也不同。
体共同组成的，称为立方八面体。
β笼互相连接就可形成A型、X型和Y型分子筛，它是这些型式分 子筛晶体结构的基础。
15
描述分子筛空间结构的常见概念
晶穴与外部或其它晶穴相通的部位，称作晶孔，也叫做孔、孔口、窗口、 晶窗等。 沸石结构中多面体通过所有的面与外部或其它多面体相结，因此组成晶穴 的每一个多元环都可以看作是晶孔。沸石中主晶穴与主晶穴相通的部位是围着 主晶穴的多元环称为该沸石的主晶孔。例如：A型沸石的主晶孔是八元环，X、 Y型沸石的主晶孔是十二元环。 由晶穴按一定规则堆积而成的分子筛晶体骨架，相邻的晶穴之间是由晶 孔互相沟通的，这种由晶穴和晶孔所形成的无数通道，就叫做孔道，也称通道。
分子筛
6
几种常见分子筛型号、化学组成及孔径大小
型号 3A 4A 5A
单胞典型化学组成 K64Na32[(AlO2)96(SiO2)96]216H2O Na96[(AlO2)96(SiO2)96 ]216H2O Ca34Na28[(AlO2)96(SiO2)96]216H2O
n(Si)/n(Al) 1 1 1
M p / n [( AlO2 ) p (SiO2 )192 p ] yH2O
典型X型分子筛晶胞化学式为：
Na86 [( AlO2 )86 (SiO2 )106 ] 264H 2O
实际上根据SiO2/Al2O3比的不同，晶胞化学式也会有差别。 典型Y型沸石分子筛晶胞化学式为：
Na56 [(AlO2 )56 (SiO2 )136 ] 264H 2O
1.23
1.23 2.45 5.00 31.00
2.5
2.5 4.9 10 ＞30
0.8～0.9
0.9～1.0 0.9～1.0 0.58～0.70 0.52～0.58 7
⑵分子筛的结构
①、硅（铝）氧四面体（一级结构单元）
O O Si O O 硅 氧 四 面 体 （ 平 面 图 ） 硅 氧 四 面 体 立 体 图 表 示 硅 ， 表 示 氧 ）
2
沸石分子筛的命名
天然沸石很早以前（1756年）就被发现。当时只有两类分子筛材料是 已知的：天然沸石和活性炭。 沸石常被用来描述各种多孔化合物，按孔道体系特征分为一维、二维、 三维体系。其结构是由SiO4和AlO4四面体基元通过桥氧彼此交联而建立起
来的。晶体内部各点作规整、有序的排列。
1932年，McBain才提出了“分子筛”的概念。表示可以在分子水平上 筛分物质的多孔材料。 常用名：沸石、分子筛、晶体铝硅酸盐、分子筛沸石、沸石分子筛。
分子筛
分子筛分子筛（又称合成沸石）是一种硅铝酸盐多微孔晶体，它是由SiO和AIO四面体组成和框架结构。
在分子筛晶格中存在金属阳离子（如Na，K，Ca等），以平衡四面体中多余的负电荷。
一、分子筛的类型按其晶体结构主要分为：A型，X型，Y型等。
A型主要成分是硅铝酸盐，孔径为4A（1A=10 -10米），称为4A （又称纳A型）分子筛；用Ca2+交换4A分子筛中的Na+，形成5A的孔径，即为5A（又称钙A型）分子筛；用K+交换4A分子筛的Na+，形成3A的孔径，即为3A（又称钾A型）分子筛。
X型硅铝酸盐的晶体结构不同（硅铝比大小不一样），形成孔径为9—10A的分子筛晶体，称为13X（又称钠X型）分子筛；用Ca2+交换13X分子筛中的Na+，形成孔径为9A的分子筛晶体，称为10X（又称钙X型）分子筛。
Y型 Y型分子筛具有X型分子筛烃似的晶体结构，但化学组成不同（硅铝比较大）通常用于催化领域。
二、分子筛的主要特性1、物理特性：比热：约0.95KJ/KgXK(0.23Kcal/KgX℃导热系数（脱水物）：2.09KJ/MXK(0.506Kcal/mX℃水吸附热：约3780KJ/Kg(915Kcal/Kg)2、热稳定性和化学稳定性：分子筛能承受600—700℃的短暂高温，但再生温度一般在400℃以下。
分子筛可在PH值5-10范围的介质中使用；在盐溶液中能交换某些金属阳离子。
三、分子筛的特性分子筛是一类结晶的硅铝酸盐，由于它具有均一的孔径和极高的比表面积，所以具有许多优异的特点。
(1)按分子的大小和形状不同的选择吸附作用，即只吸附那些小于分子筛孔径的分子。
(2)对于小的极性分子和不饱和分子，具有选择吸附性能，极性越大，不饱和度越高，其选择吸附性越强。
(3)具有强烈的吸水性。
哪怕在较高的温度、较大的空速和含水量较低的情况下，仍有相当高的吸水容量。
3．1、基本特性：a)分子筛对水或各种气，液态化合物可逆吸附及脱附。
b)金属阳离子易被交换。
分子筛名词解释
分子筛名词解释分子筛又称分子筛催化剂，是一种新型的分子筛。
它是通过对原料或中间产品进行预处理（如吸附或纯化），而在反应系统内部引入大量特殊的微孔道结构，利用这些孔道作为微观不均匀体系的特殊的催化剂。
分子筛又叫活性炭分子筛为具有多孔结构的含炭物质。
其粒径范围一般在0.5～100nm之间。
对活性炭的研究表明：当活性炭颗粒的直径小于50nm时，有机物在与之接触后，就会被吸附并保留下来，且具有高效率、高选择性、寿命长等优点。
因此，制备活性炭，最佳的粒度是活性炭的5-20倍，最好是3-5倍。
分子筛又称分子筛催化剂，是一种新型的分子筛。
它是通过对原料或中间产品进行预处理（如吸附或纯化），而在反应系统内部引入大量特殊的微孔道结构，利用这些孔道作为微观不均匀体系的特殊的催化剂。
其工作原理是吸附作用。
分子筛中的孔道结构可以吸附和过滤大量的物质，其孔径一般在0.02-10μm之间，尤其是0.5-1μm的孔道能够有效地将大分子吸附，而保留小分子和水，故称分子筛为吸附性分子筛。
分子筛是由多孔性材料（如硅藻土）与载体材料（如粘土）复合而成，具有吸附性能强、分散性能好、比表面积大、易再生等特点。
它还可用作催化剂载体、离子交换树脂、防毒防霉剂、抗菌素吸附剂、固定化酶载体等。
1、 TiO2-Pt2O3体系中铁过量时容易引起浸出，此时的最佳铁浓度在0。
1%～0。
6%之间，即可实现完全浸出；2、提供充足的氧气，使铁分解成二价铁离子，从而实现对苯酚的彻底浸出。
第三，对苯酚在分子筛上分布均匀，有利于均匀受热，缩短沸腾时间，同时可抑制酚的氧化。
第四，加入分子筛后可减少苯酚回流量，降低废水负荷。
第五，加入分子筛后可消除苯酚泡沫，增加透光性。
此外，在实际生产中还要考虑其他影响因素。
例如，分子筛的粒度大小、用量等都会影响废水的最终处理效果。
分子筛简介
改性与修饰的应用前景
环境保护
能源化工
改性与修饰后的分子筛可用于空气净化、 水处理、废气废液处理等领域，有效去除 环境中的有害物质。
在石油化工、天然气化工、煤化工等领域 ，改性与修饰后的分子筛可提高产品的分 离效率和产率，降低能耗和成本。
医药领域
其他领域
在药物合成、分离纯化、药物载体等方面 ，改性与修饰后的分子筛可提高药物的纯 度和疗效，降低副作用。
除了上述应用领域，改性与修饰后的分子 筛还可应用于电化学、传感器、催化剂等 领域，具有广泛的应用前景。
06
分子筛的发展趋势与展望
技术创新与突破方向
1 2
开发新型分子筛材料
研究新的合成方法，开发具有优异性能的新型分 子筛材料，以满足不断变化的市场需求。
分子筛的改性研究
通过改性技术，提高分子筛的稳定性和活性，优 化其结构和性能，以拓展其应用领域。
药物合成
分子筛可用于药物合成，如一些药物 的有效成分可以通过分子筛进行分离 和纯化。
05
分子筛的改性与修饰
改性方法
物理法
通过改变分子筛的物理性质，如粒径、比表面积 等，以改善其吸附和分离性能。
化学法
通过化学反应改变分子筛的表面性质，引入新的 功能基团，提高分子筛的选择性和吸附容量。
复合法
结合物理法和化学法，同时改变分子筛的物理和 化学性质，以获得更好的改性效果。
纯水的制备等。
催化剂载体应用
石油化工
分子筛作为催化剂载体，可用于 石油裂解、重油轻质化等反应中 ，提高催化剂的活性和稳定性。
环保领域
分子筛作为催化剂载体，可用于 废气处理、污水处理等领域，如 用于去除硫化氢、氨气等有害气 体。
其他应用领域及实例
第3章 分子筛
3.3
沸石分子筛的催化性能
• 酸催化，碱催化，氧化还原催化 酸催化，碱催化， • 固体酸理论 • 静电场理论 • 动态模型
13
3.3.1 固体酸理论
• 质子酸（B酸）—放出质子 质子酸（ eg.HCl、 eg.HCl、NH4＋、HCO3• 质子碱（B碱）—接受质子 质子碱（ eg. eg.Cl- 、NH3 • 非质子酸（L酸）—接受电子对 非质子酸（ eg. eg.Na＋、R＋ • 非质子碱（L碱）—给予电子对 非质子碱（ eg.OH-、NH3、F-
4） 内表面修饰
• 硅烷、硼烷、H3BO3等沉积剂可进入沸石 硅烷、硼烷、 孔道，与沸石表面羟基作用放出氢气， 孔道，与沸石表面羟基作用放出氢气，而 沸石表面被反应产物覆盖， 沸石表面被反应产物覆盖，使沸石孔道变 窄。 • 利用此法修饰的 利用此法修饰的HM沸石可用于分离 、 沸石可用于分离Kr、 沸石可用于分离 Xe等稀有气体。 等稀有气体。 等稀有气体
4
b.根据分子极性、 b.根据分子极性、不饱和度和极化率的选择吸附 根据分子极性 • • • • 分子筛是一种极性物质； 分子筛是一种极性物质； 分子极性增强，易被吸附； 分子极性增强，易被吸附； 非极性分子极化率增大，吸附量增加； 非极性分子极化率增大，吸附量增加； 不饱和化合物易极化，不饱和度增大， 不饱和化合物易极化，不饱和度增大，吸附 量增加； 量增加； • 吸附质沸点升高，吸附量增大。 吸附质沸点升高，吸附量增大。
• → 脱铝 使沸石骨架脱铝， 使沸石骨架脱铝，但仍保持骨架结构 的完整性。 的完整性。 • 低硅沸石脱铝以后，可以提高其热稳定性 低硅沸石脱铝以后， 以后 和水热稳定性，增加酸强度。 和水热稳定性，增加酸强度。 • 高硅沸石脱铝以后，可以提高沸石的疏水 高硅沸石脱铝以后 以后， 降低酸位密度。 亲油性 ，降低酸位密度。
各类分子筛的用途
各类分子筛的用途分子筛是一种由无定形无规则的纳米颗粒构成的材料，具有高孔隙度、高比表面积和特定的孔径大小，可以分离、吸附和催化一系列化学反应。
由于其在吸附、分离和催化等领域的独特性能，分子筛被广泛应用于各个科学领域。
接下来，我将介绍几种常见的分子筛及其主要用途。
1.ZSM-5分子筛：ZSM-5分子筛是一种具有沸石结构的分子筛，因其孔径适中（约为0.5-0.6纳米）和与具有极好的抗腐蚀性能，因此被广泛用于石油化工领域。
它可以用作催化剂，在催化裂化过程中将重质石油馏分转化为轻质的汽油和液化气。
此外，ZSM-5分子筛还可以用于甲醇转化为烯烃、芳烃等高附加值化合物的催化反应，具有重要的应用意义。
2.SAPO分子筛：SAPO分子筛是一种含有磷、铝和硅的分子筛，具有三维孔道和可调孔径结构。
由于其优异的酸性和分子尺寸选择性，SAPO分子筛在石油化工和化学领域具有广泛的应用。
它可以用作催化裂化过程中的催化剂，将重质石油馏分转化为燃料和化学品。
此外，SAPO分子筛还可以用于气体分离、吸附分离和有机合成等方面。
3.LiX分子筛：LiX分子筛是一种具有大量Li+离子的分子筛，具有很高的化学稳定性和吸湿性能。
由于其具有高温抗氧化性能和吸湿性能，LiX分子筛被广泛应用于空气分离、脱水和干燥等领域。
它可以用于制备高纯度的氮气和氧气，以及从空气中去除水分和其他杂质。
4. Beta分子筛：Beta分子筛是一种具有大孔道结构的分子筛，具有较大的孔径（约为0.6-1.0纳米）和高孔隙度。
由于其特殊的孔道结构，Beta分子筛在化学、环保和生物医药等领域具有广泛的应用潜力。
在化学领域，Beta 分子筛可以用作催化剂，用于有机物的氧化、还原和重排反应。
在环保领域，Beta分子筛可以用于油水分离、污水处理和有害气体吸附等。
在生物医药领域，Beta分子筛可以用于分离和纯化生物大分子，如蛋白质和核酸。
除了以上介绍的几种常见的分子筛，还有许多其他类型的分子筛正在研究和开发中。
什么是分子筛
斜发沸石
丝光沸石
毛沸石
菱沸石
3A分子筛
3A分子筛，又称KA分子筛。3A分子筛的孔径为3A，主 要用于吸附水，不吸附直径大于3A的任何分子。适用于气 体和液体的干燥，烃的脱水。可广泛应用于石油裂解气, 乙烯，丙烯及天然气的深度干燥。根据工业上的应用特点， 我们生产的分子筛具有更快的吸附速度、更多的再生次数、 更高的抗碎强度及抗污染能力，提高了分子筛的利用效率 并延长了分子筛的使用寿命，是石油、化工行业中气液相 深度干燥、精炼、聚合所必需的首选干燥剂。 分子式：0.4K2O 0.6Na2O Al2O3 2.OSiO2 4.5H2O
≥96ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
≥0.60 ≤0.20 ≥45/p ≥20 ≤1.5
≥96
≥0.60 ≤0.20 ≥60/p ≥20 ≤1.5
具体应用： 各种液体(如乙醇)的干燥 空气的干燥 制冷剂的干燥 天然气、甲烷气的干燥 不饱和烃和裂解气、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯的干燥。 注意事项： 分子筛在使用前应防止预吸附水、有机气体或液体，否则，应予以 再生。
气体行业常用的分子筛型号； 方钠型，如A型：钾A(3A），钠A(4A），钙A(5A）； 八面型，如X型：钙X(10X），钠X(13X）和Y型：钠Y，钙Y； 丝光型，（-M型）：高硅型沸石，如ZSM-5等。
沸石分子筛的主要成分是硅铝酸盐， 不同型号的分子筛主要是硅/铝比不同。 沸石分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，主要由硅铝通过 氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整 齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离 子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变， 形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，这些微 小的孔穴直径大小均匀，能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来， 而把比孔道大得分子排斥在外,因而能把形状直径大小不同的分子，极性程 度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开来，即具有 “筛分”分子的作用，故称为分子筛。目前分子筛在化工，电子，石油化 工，天然气等工业中广泛使用。 沸石分子筛型号种类： A型:钾A(3A)3A分子筛 ,钠A(4A)4A分子筛, 钙A(5A)5A分子筛, X型:钙X(10X)10X分子筛, 钠X(13X)13X分子筛 Y型:,钠Y,钙Y3
分子筛的名词解释
分子筛的名词解释分子筛是一种常见的材料，在化学和材料科学研究领域中被广泛应用。
它具有微孔结构，能够以选择性地吸附、分离和催化分子。
本文将对分子筛的概念、结构和应用进行解释。
一、分子筛的概念分子筛是一种具有排列有序的微孔结构的材料。
其名称源于其能够通过具有一定空间尺寸的分子，而将其他分子挡在外部的微孔结构中。
分子筛的名称中的"分子"表示其处理的物质为分子级别，而"筛"则表示筛选的功能。
分子筛主要由硅铝骨架组成，其中硅铝骨架由硅氧四面体和铝氧四面体通过氢氧键相连接而成。
硅铝骨架的结构决定了分子筛的物理和化学性质。
二、分子筛的结构分子筛的结构由离子交换和带电基团的存在来决定。
这两种特征赋予了分子筛很强的吸附、分离和催化活性。
分子筛的微孔结构呈现出不同类型的拓扑结构，最常见的有ZSM-5、Beta、Y型等。
这些结构中的微孔大小和形状决定了分子筛对不同大小分子的选择性吸附。
三、分子筛的应用1. 吸附分离分子筛广泛应用于气体和液体分离技术中。
由于其微孔结构的选择性吸附特性，可以将不同大小和极性的分子分离并纯化。
例如，在石油化工领域，分子筛被用于去除重金属离子和有机杂质，提取和纯化石油产品。
2. 催化剂分子筛是一种优秀的催化剂载体。
其高度有序的微孔结构可以提供大量的催化活性位点，并且可以将反应物分子定向导入到催化活性位点中。
分子筛催化剂被广泛应用于化学合成、环保和能源转化等领域。
3. 分子存储与传感由于分子筛的微孔结构能够通过选择性吸附分子，因此可用于分子的存储和传感。
特定的分子可以通过吸附和释放来实现储存和检测。
这一特性使得分子筛在药物传递、气体存储和分析等方面具有潜在的应用价值。
四、分子筛的发展与前景分子筛作为一种功能材料，已经取得了重要的科学和技术进展。
随着研究对其结构和性能的深入了解，以及制备方法的不断改进，分子筛的应用领域将进一步扩展。
在石化工业、环境保护和新能源领域，分子筛的应用前景十分广阔。
第四节分子筛简介ppt课件
20世纪90年代 Estermann和徐如人分别报道了两种新的具有二十元 环的超大孔Cloverite和JDF-20分子筛
1992年 Kresge用表面活性剂合成了一系列全新的MCM介孔分子筛
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Chapter 3 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
AlPO4-8 VPI-5 三叶沸石
JDF-20
代号 LTA CHA ERI MTT
FER MFI MEL MTW LTL MOR OFF FAU AET VFI CLO
孔道体系 8-8-8 8-8-8 8-8 10 10 10-8 10-10 10-10 12 12 12-8 12-8-8 12-12-12 14 18 20-20-20 20-10-8
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§3-4 分子筛 化学
Chapter 3 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
p区元素化学
§3-4 分子筛 化学
（3）笼——主要结构单元
各种环通过氧桥相互连接成三维空间的多面体叫晶 穴或孔穴，也有称为空腔，通常以笼(cage)来称呼。由笼 再进一步排列即成各种沸石的骨架结构。
p区元素化学
§3-4 分子筛 化学
• 按硅铝比分为A型、X型、Y型等分子筛
通式为：MO·Al2O3·xSiO2·yH2O 其中M代表K、Na、Ca等
习惯上：
SiO2/Al2O3摩尔比：2.2~3.0 叫X型分子筛； SiO2/Al2O3摩尔比：>3.0叫Y型分子筛； A型分子筛的硅铝比接近1：1。
分子筛名词解释
分子筛名词解释分子筛亦称“分子筛选择性吸附剂”、“吸附剂”、“工业分子筛”、“分子筛”等。
它是由天然沸石分子筛的天然晶体，经粉碎、筛选、提纯而制得的一种新型多孔无机吸附剂，具有沸石的全部结构，同时具有分子筛所固有的筛分性能，也就是吸附性能和催化性能，从而成为理想的气体分离、净化材料和催化剂载体。
分子筛的特点是分子筛对各种极性和非极性分子的吸附量相当，且吸附速度快，又可通过改变外界条件（如温度、压力、流速等）调节吸附容量，适用于分离和提纯含碳物质。
在液相反应和气固相催化反应中应用较多，例如石油裂解、重质油催化裂化、加氢脱硫、合成氨和甲醇合成等。
石油中的烯烃，裂化催化剂常用分子筛。
分子筛是由天然沸石分子筛的天然晶体，经粉碎、筛选、提纯而制得的一种新型多孔无机吸附剂，其孔径大小介于Ⅰs50a之间，是沸石的倍，吸附量是沸石的，表面积大于体积的，空隙率是，不但比表面积大，而且吸附能力强，容易再生。
分子筛由硅元素、氧元素、氮元素组成，其中SiO2占81%~87%， Al2O3占5%~9%，其余为Fe2O3、 MgO、 FeO、TiO2等；晶胞参数： a=23.1(2)A， b=27.9(2)A， c=21.3(4)A，β=100(5)°；孔径D=10(6) nm，比表面积A/g=2.3(6) m2/g，微孔透气速率最小表面张力80kN/m2·h；外观呈淡蓝色细粉末状，微溶于水，具有沸石所固有的分子筛所固有的孔道结构，且比表面积大、活性高、表面吸附力强、吸附速度快、容易再生等特点。
分子筛作为一种吸附剂，在工业上主要是指沸石分子筛，可广泛应用于气体分离、液体分离、固体干燥、除湿、水质净化、色谱分离、催化剂载体等领域。
分子筛还是固体粉末活性炭、微孔硅胶、微孔沸石的原料。
石油产品精制（加氢精制）、石油产品深加工（石油产品催化裂化、延迟焦化、选择性加氢、柴油加氢脱硫醇等）、轻质燃料油的脱臭、废水处理（饮用水、工业用水、污水）、炼油厂、水煤浆厂、垃圾焚烧发电厂等行业的气体净化和分离以及制备超细分子筛。
分子筛
常用的分子筛有3A，4A，5A，13X，10X等。
分子筛的主要特性
1、物理特性:
比热:约0.95KJ/KgXK(0.23Kcal/KgX℃
导热系数(脱水物):2.09KJ/MXK(0.506Kcal/mX℃
水吸附热:约3780KJ/Kg(915Kcal/Kg)
2、根据分子极性,不饱和度和极化率的选择吸附
分子筛对于极性分子和不饱和分子有很高的亲和力;在非极性分子中,对于极化率在的分子有较高的选择吸附优势。此外,沸点越低的分子,越不易被分子筛所吸附。
3.2、分子筛的高效吸附特性:
分子筛对于H2O、NH3、H2S、CO2 等高分子极性具有很高的亲和力,特别是对于水,在低分压(甚至在133帕以下)或低浓度,高温(甚至在100℃ 以上)等十分苛刻的条件下仍有很高的吸附容量。
八、10X分子筛
抗压强度(N/颗):分子筛的主要指标。由于使用分子筛的工况条件大多是压力差较大(特别是吸附与再生切换时),如果分子筛的抗压强度不符合要求,极易造成分子筛的破损,除影响分子筛的使用寿命外,还可能使设备管道堵塞造成严重后果。抗压强度与吸附容量基本上呈反比关系。如何在保证吸附容量的基础上提高抗压强度,也是提高分子筛质量的关键。
二、4A分子筛
用途:用
4A分子筛主要技术条件(球形)
三、5A制(富)氧分子筛
用途:用于空分制氧工业上做高效的氧氮分离吸附剂,其生产的氧纯度可根据需要控制在50-90%之间。
四、5A脱蜡分子筛
用途:广泛用于石油及其馏份中分离正构烷烃(即脱蜡)。脱蜡后的油品质量具有低冰点的航空煤
分子筛主要应用品种有3A、4A、5A、13X以及以上述为基质的改性产品。
分子筛(SQ)
介孔分子筛研究热点
• • • • • 形貌控制和手性分子筛的合成 提高介孔分子筛的酸性和水热稳定性 介孔分子筛改性及其催化 以介孔分子筛为模板进行“纳米浇铸” 表面浸涂法制备介孔薄膜
模板法制备介孔分子筛
• 模板法可以分为狭义模板法和广义模板法。 • 狭义模板法是将具有特定空间结构和基团 的物质，即模板，引入到基材中，随后将 模板除去来制备具有‘模板识别部位’的 基材的一种手段。 • 广义模板法是通过模板与基质物种的相互 作用，构筑具有‘模板信息’基材的制备 手段。
介孔分子筛在制备纳米材料中的 应用
• 介孔材料在纳米尺寸上有序排列的孔道给 人们提供了一个理想的可控纳米反应器。 • 用不同的硅胶在Fe-MCM-41介孔分子筛上 制备碳纳米管 • 采用阴离子表面活性剂制成具有介孔分子 筛结构的NiO纳米碳管,并研究其结构状态
介孔分子筛在环保方面的应用
• CO2是弱酸性气体,在介孔分子筛上负载碱 性物质如胺类,可有效地吸附分离CO2,在环 保中起重要的作用 • 用聚乙烯胺(PEI)修饰MCM-41介孔分子筛 从包含CO2、N2、O2的模拟废气中吸附分 离出CO2气体,由于PEI的修饰,增强了吸附 和分离CO2的能力。
结论
• 表面活性剂的种类、浓度，有机溶剂的极 性、用量，以及操作方式等，影响着介孔 分子筛的结构和形貌。 • 采用共表面活性剂可以有效降低主表面活 性剂的用量，降低生产成本。
介孔分子筛的应用
• 分子筛在催化反应中的应用 介孔分子筛具有高的比表面 积和规则有序的孔道结构,是 催化剂的优良载体。杂多酸、 胺类、金属氧化物和过渡金 属络合物等催化剂都可以通 过材料的表面改性负载到介 孔孔道中
介孔分子筛在生物固定、吸附和分离 中的应用
• 在药物输送领域，人们设法改进MCM-41的 结构和孔径大小使这些材料接受不同的客 体有机分子。例如，MCM-41能够吸收和释 放有机药物分子,负载药物的材料浸泡在模 拟的体液中时,药物被缓慢释放。
分子筛的概念
分子筛的概念分子筛的概念一、引言分子筛是一种高度有序的多孔晶体，具有特殊的化学和物理性质。
它们具有非常小的孔径，可以选择性地吸附和分离不同大小和形状的分子。
因此，它们在化学、材料科学、环境科学等领域中具有广泛的应用。
二、分子筛的结构1. 分子筛晶体结构分子筛晶体结构由三维网状骨架组成，其中包含孔道系统。
其骨架由氧化硅或氧化铝等氧化物组成，通过硅氧键或铝氧键连接在一起。
2. 分子筛孔道分子筛晶体中存在不同大小和形状的孔道，这些孔道对于吸附和分离不同大小和形状的分子非常重要。
根据孔径大小，可以将分子筛分类为微孔（直径小于2nm）、介孔（直径为2-50nm）和大孔（直径大于50nm）。
3. 分子筛骨架类型根据不同元素（如硅、铝、钾等）在骨架中的存在情况以及它们之间连接方式的不同，可以将分子筛骨架分为不同类型。
例如，硅铝比为1的ZSM-5是一种常见的分子筛骨架类型。
三、分子筛的制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备分子筛晶体的方法。
该方法通常涉及将硅源和铝源（或其他元素源）与模板剂混合，并在适当条件下进行水解和聚合反应。
2. 水热合成法水热合成法是另一种制备分子筛晶体的方法。
该方法涉及将硅源和铝源（或其他元素源）与模板剂混合，并在高温高压下反应。
3. 直接合成法直接合成法是一种简单而有效的制备分子筛晶体的方法。
该方法涉及将硅源和铝源（或其他元素源）与模板剂混合，并在适当条件下进行水解和聚合反应。
四、分子筛的应用1. 催化剂由于其孔道大小和结构可调性，因此分子筛被广泛应用于催化剂领域。
例如，ZSM-5可以用作汽油催化裂化催化剂，而SAPO-34可以用作选择性还原NOx催化剂。
2. 吸附剂分子筛的孔道大小和结构可调性使其在吸附剂领域中具有广泛的应用。
例如，MFI型分子筛可以用于去除甲烷中的水和二氧化碳。
3. 分离剂由于分子筛可以选择性地吸附和分离不同大小和形状的分子，因此它们在分离剂领域中具有广泛的应用。
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• 3. 择形催化剂的性能要求与调变 择形选择性的调变，可以通过毒化外表面活性中心； 修饰窗孔入口的大小，常用旧修饰剂为四乙基原硅酸酯， 也可改变晶粒大小等。 择形催化的最大实用价值，在于利用它表征孔结构的 不同。 择型催化在炼油工艺和石油化工生产中取得了广泛的应 用。如分子筛脱蜡、择型异构化、择型重整、甲醇合成汽 油、甲醇制乙烯、芳烃择型烷基化等等都是。 参考书： 《择形催化》 曾昭槐 编著 中国石化出版社 1994 北京
分子筛及其催化作用
沸石分子筛是一类重要的无机微 孔材料，具有优异的择形催化、酸碱催化、 吸附分离和离子交换能力，在许多工业过 程包括催化、吸附和离子交换等有广泛的 应用。沸石分子筛的基本骨架元素是硅、 铝及与其配位的氧原子，基本结构单元为 硅氧四面体和铝氧四面体，四面体可以按 照不同的组合方式相连，构筑成各式各样 的沸石分子筛骨架结构。
沸石分子筛的结构单元
硅、铝氧四面体（硅、铝位于四面体重心，氧在四面体角顶）是为第一 结构单元；一级单元以氧为桥（氧桥）首尾相连而成第二结构单元 （环），如单四元环（S4R——平面四边形，其边代表氧桥，顶点为硅、 铝等），单六、八元环（S6R，S8R）等；各种单多元环以氧桥连接，形 成第三结构单元（多面体和笼），如双四、六、八元环（D4R，亦称立方 体笼；D6R，亦称六角柱笼；D8R，亦称八面柱笼）及β笼. α笼和β笼是A、X和Y型分子筛晶体结构的基础。
• 择形催化共有以下四种不同的形式： • (A) 反应物的择形催化 • 例如，丁醇的三种异构体的催化脱水，用CaX， 正构体较之异构体更难于脱水；用CaA，则丁醇2完全不能反应，带支链的异丁醇脱水速率也极低， 正丁醇则转化很快。 • 油品的分子筛脱蜡，重油的加氢裂化等 。 • (B) 产物的择形催化 • Mobil公司开发的混合二甲苯经择形催化生产 P-X的技术 。
• (C) 过渡状态限制的择形催化 • 如，二烷基苯分子酸催化的烷基转移反应
• 表3-6 甲、乙苯烷基转移反应过渡状态限制的择形催化
• (D) 分子交通控制的择形催化 • 具有两种不同形状和大小的孔道分子筛 ，如ZSM5和全硅沸石(Silicalite) ，存在分子交通控制的催 化反应 ，称为分子交通控制择形催化
分子筛酸位的形成与其本征催化性能 (A). 分子筛酸位的形成与其本征催化性能
• HY分子筛的OH基是酸温度升高时，上式平衡向右移动，导致OH基数 目减少，故其红外谱带强度下降。当温度高到 770K以上时，可开始显示L酸位中心，它是与三配 位铝原子相联系的，是由H-Y进一步脱水形成。见 模式(A)
IFR(001方向)
ITE(010方向)
ISV(010方向)
STT(001方向)
STF(001方向)
SFF(001方向)
MTF(001方向)
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DFT(001方向)
ACO(010方向)
SBS(010方向)
SBE(010方向)
SBT(100方向)
新结构分子筛的合成
• 结构导向剂 用于导向合成新沸石的有机模板剂分子结构渐趋复杂， 其碳原子数≥7，大部分为环烷基、长链状烷基胺或氮原 子杂环化合物。 • 合成条件的影响 反应混合物的组成、如SiO2/Al2O3，SDA(模板 剂)/SiO2, OH-/SiO2, H2O/SiO2，以及合成温度，结晶时 间等是影响产物的重要因素。 • F-离子的作用 在全硅分子筛合成体系中可加入F-作为矿化剂和结构 导向试剂。
α笼为二十六面体，由六个八元环和八个六元环组成，同时聚成十二个四 元环，窗口最大有效直径为 4.5 Å，笼的平均有效直径为 11.4 Å；
β笼为十四面体，由八个六元环和六个四元环相连而成，窗口最大有效直 径为 2.8 Å，笼的平均有效直径为 6.6 Å。
分子筛一级结构
分子筛的基本结构单元：硅 氧四面体，铝氧四面体；均为 SP3杂化，正四面体，Si-O键键 长1.61Å，Al-O键键长1.75Å。
分子筛合成机理-固相转变机理
分子筛合成机理-液相转变机理
分子筛催化剂的催化性能与调变
根据分子筛具有明确的孔腔分布，具有极高 的内表面积(典型的达600m2／g)，有良好的热稳 定性(依赖于其骨架组成，在空气中热处理可达 1000℃)，故广泛地用作工业催化剂或催化剂载体。 在沸石分子筛结构内部进行催化反应，是起始于 本世纪50年代后期Mobil公司的实验室，该发现标 志着分子筛催化研究的开端。多相催化过程通常 需要考虑三个性能指标，即催化剂活性、选择性 和操作稳定性。现在就分子筛催化剂来说，已可 能做到一个个单独而系统地进行调变。
分子筛合成
用阳离子表面活性剂作模板剂 用非离子表面活性剂作模板剂 用阴离子表面活性剂作模板剂 用混合表面活性剂作模板剂 用特种表面活性剂作模板剂
分子筛合成方法
水热合成法 水热合成法是模拟天然沸石矿物的合成条件来进行的介孔分子筛合成方法,其合成的一般过程是将一定量的表面活性剂、 酸或碱加入到水中组成混合溶液 ,再向其中加入无机源形成水凝胶 ,然后在高压釜中升高至一定温度 ,通过自生压力晶化 处理 ,再经过过滤、 洗涤、 干燥、 煅烧或萃取以除去模板剂 ,最后得到有序的介孔材料。Beck 等(1992) 和 Kresge 等(1992)即以水热合成法首次合成了 M41S介孔分子筛。 非水体系合成法 由于大部分非硅基无机源在含水介质中水解剧烈 ,所以它们往往来不及与表面活性剂结合便很快沉淀下来。Yang 等 (1998)在合成大孔径介孔金属氧化物 ZrO2、 TiO2、 Al2O3 等实验中 ,首次采用无水乙醇作为反应溶剂 ,他们认为无水介 质中合成是抑制水解和缩聚速度、 形成大多数非硅基氧化物介孔相的有效手段。 微波辐射合成法 许磊等(1999) 在晶化阶段用微波辐射合成了MCM-41 ,姚云峰等(2001)用全微波辐射法 ,即晶化和脱模均在微波作用下 合成出 MCM-41。微波辐射加热不同于传统的加热方式 ,它是在电磁场作用下 ,通过偶极子极化使体系中的极性分子急剧 扭转、 摩擦产生热量来实现 ,具有内外加热、 升温速度快、 高效节能、 环保卫生等优点。利用全微波辐射法合成 MCM-41 介孔分子筛 ,整个过程用时不到 5 小时。和水热法相比 ,合成时间大大缩短 ,同时利用微波技术 ,高效节能 ,操作 便利 ,环境污染少。 超声波合成法 Run等(2004)以正硅酸乙酯( TEOS)为硅源 ,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂 ,在酸性介质(如 HCl 溶液)中通过超 声振荡合成了 MCM-41。超声波的波长远大于分子尺寸 ,不能对分子直接起作用 ,只能通过周围环境的物理作用影响分子。 超声波可通过液体向四周传播 ,并在液体介质中产生超声空化现象。在空化泡崩溃的极短时间内 ,会在其周围极小的空间 内产生 1 900～5 200 K的高温和超过50 MPa 的高压 ,瞬时温度产生高达109 K/ s ,并伴有强烈的冲击波和瞬时速度高达 400 km/ h 的微射流。这些现象可以增加非均相反应的表面积 ,改善界面间的传质速度 ,促进新相的形成。超声波合成法已广 泛应用于粉体材料的制备。
• 骨架外铝离子会强化酸位，形成L酸位中心。 如 图示：
多价阳离子也可能产生OH基酸位中心: • 如 [Ca(OH2)]2+ —→ [Ca(OH)]+ + H+ 过渡金属离子还原也能形成酸位中心： • 如 Cu＋＋ + H2→Cu0 + 2H+
Ag+ + 1/2H2→Ag0 + H+
OH基团酸位的比催化活性，是因分子筛而异的。 丝光沸石的比活性为Y型的比活性17倍以上；菱 沸石中OH基的比活性为HY的3倍以上。一般来说， OH基的比活性是分子筛中Si／Al的函数， Al／Si 越高，OH基的比活性也越高。 分子筛酸性的调变：如前述。 2. 分子筛催化剂的择形催化性质 因为分子筛结构中有均匀的小内孔，当反应物 和产物的分子线度与晶内孔径相接近时，催化反 应的选择性常取决于分子与孔径的相应大小。这 种选择性称之为择形催化。
沸石分子筛简介
沸石分子筛——结晶型的硅铝酸盐。化学组成可表为： Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]· ZH2O 例：A沸石 Na12(AlO2)12 (SiO2)12 · ZH2O X沸石 Na86(AlO2)86(SiO2)106 · ZH2O Y沸石 Na56(AlO2)56 (SiO2)136· ZH2O 分子筛主要是由氧化钠(Na2O)、氧化铝(A12O3)和氧化硅(SiO2) 组成的。一般分类根据分子筛中SiO2与Al2O3的摩尔数之比(即硅 铝比)确定。A型分子筛的硅铝比为2，X型的硅铝比为2.5，Y型 的硅铝比为5，丝光沸石的硅铝比为10。一般情况下分子筛并非 很纯，所以硅铝比在一定范围内变化，X型为2～3，Y型为3～6， 丝光沸石为9～12。
也可用磷、镓、锗、钒、铬、铁等元素替代或部分取代骨架硅或铝，而形成 一些杂原子型分子筛。 天然分子筛（沸石）已发现约40多种，人工合成分子筛已多达一、二百种。 交换阳离子的能力主要取决于二氧化硅的含量。分子筛中的钠离子被其它金属 离子所取代，也能改变分子筛的型号，例如，13X型分子筛中的钠离子被钙离 子取代一部分后可变为10X型分子筛；4A型分子筛中钠离子被钙取代后，可变 为5A型分子筛。
分子筛结构特性 3. 特性： (1)骨架结构中形成许多有规则的孔道和空腔； (2)在孔道和空腔中的阳离子（平衡骨架阴电 荷）是可交换的。
新结构分子筛
• • • • • 全(纯)硅型沸石分子筛 硅铝酸盐分子筛 磷酸盐分子筛 含有过渡金属的杂原子分子筛 手性分子筛