第四节 分子筛催化剂
分子筛催化剂
伴随着工业革命的大潮，碳材料的应用越来越广泛，从最初的过滤杂质逐渐发展到分离不同组份。
与此同时，随着技术的进步，人类对物质的加工能力也越来越强。
那么什么是分子筛催化剂？为此，安徽天普克环保吸附材料有限公司为大家总结了相关信息，希望能够为大家带来帮助。
分子筛催化剂又称沸石催化剂，指以分子筛为催化活性组分或主要活性组分之一的催化剂，工业上用量最大的是分子筛裂化催化剂，它属于固体酸催化剂。
此外，常用的还有具双功能催化作用的载金属分子筛催化剂，如钯-超稳Y型分子筛加氢裂化催化剂。
催化性质按分子筛的催化性质，可分为分子筛固体酸催化剂、金属分子筛双功能催化剂和分子筛择形催化剂三大类。
按分子筛的类型分类，则分子筛催化剂的分类和分子筛的分类相同。
分子筛催化剂中通常只含有5％～15％的分子筛,其余部分可称为基质，通常由难熔性无机氧化物或其混合物和粘土组成。
基质的作用是使分子筛良好分散，使分子筛易于粘结成形，甚至可使分子筛的热稳定性得到提高。
在催化过程中基质还起到热载体的作用。
制造催化剂时，分子筛原粉通常经胶体磨研磨后混入基质的胶体中，用喷雾、挤条或其他方法成形，再经干燥、焙烧等步骤最后制成催化剂。
安徽天普克环保吸附材料有限公司是原上海摩力克分子筛有限公司直属公司,本公司成立于2004年，由于生产量扩增，本公司在安徽合肥空港寿县新桥产业园投资建设生产基地。
公司目前拥有年产2000吨分子筛、1500吨活性氧化铝生产线各一条。
二期工程将建成4000吨分子筛生产线。
公司全面推行ISO9001质量管理体系，建有现代化的实验室和质量控制中心。
现有工程技术人员20人，其中工程师8人。
产品系列化、经营多元化，这些都是企业的发展方针，而OEM----更是公司多年的经营模式，并且得到广泛好评。
我们的用户涉及石油、化工、冶金、汽车、空调、电子仪表等行业，我们的客户群不仅是在国内而且遍及东南亚、欧美等地。
公司热忱欢迎国内外客商与我们真诚合作。
分子筛催化剂
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。
《分子筛催化剂》课件
分子筛催化剂在其他领域的应用拓展
能源化工领域
利用分子筛催化剂在燃料脱硫、 低碳烷烃异构化、生物质转化等 方面的应用，推动能源化工产业
的绿色化和高效化。
环境治理领域
利用分子筛催化剂进行氮氧化物还 原、挥发性有机物治理、污水处理 等方面的应用，为环境保护做出贡 献。
生物医药领域
探索分子筛催化剂在药物合成、生 物催化等方面的应用，为生物医药 产业提供新的技术支持。
献。
05
分子筛催化剂的发展趋势与展 望
Chapter
提高催化性能的新途径
优化分子筛的合成与改性
通过调整合成条件、引入功能性助剂或进行后处理改性，提高分 子筛的活性、选择性和稳定性。
纳米结构调控
利用纳米技术调控分子筛的晶型、孔径、酸性等性质，实现高效催 化。
多功能化设计
结合不同催化活性中心的协同作用，开发具有多功能性的分子筛催 化剂。
形貌分析
形貌是指催化剂的外观形状、尺寸和 表面结构等特征，形貌分析是了解催 化剂性能的重要手段。
形貌分析有助于了解催化剂的活性位 点分布、扩散性能和反应动力学等， 从而更好地优化催化剂的性能。
扫描电子显微镜（SEM）和透射电子 显微镜（TEM）是常用的形貌分析方 法，可以观察催化剂的表面形貌、粒 径分布和晶体结构等。
发展新型分研究新型分子筛结构，如拓扑结构、硅铝比、孔道排列等，以发 现具有优异性能的新型分子筛催化剂。
金属活性中心的引入
通过金属离子交换或负载金属纳米颗粒，引入金属活性中心，提高 分子筛催化剂的氧化还原性能。
复合分子筛的研发
将不同类型分子筛进行复合，实现优势互补，提高催化性能。
纳米合成方法的缺点
制备过程复杂、成本较高。
分子筛型催化剂
分子筛型催化剂摘要：一、分子筛型催化剂的概述二、分子筛型催化剂的分类与特点三、分子筛型催化剂的应用领域四、分子筛型催化剂的研究与发展趋势五、我国在分子筛型催化剂领域的进展正文：分子筛型催化剂是一种具有多孔结构的催化剂，其内部孔道具有特定的分子筛选功能，可以实现对不同分子的大小、形状和性质进行筛选和转化。
由于其独特的性能，分子筛型催化剂在化学、石油、环保等领域具有广泛的应用。
一、分子筛型催化剂的概述分子筛型催化剂是由分子筛载体和活性组分组成的复合催化剂。
分子筛载体具有较高的比表面积和孔容，能提供大量的活性位点，从而提高催化剂的活性和选择性。
活性组分可以是金属、金属氧化物或有机化合物等，根据不同的反应需求进行选择。
二、分子筛型催化剂的分类与特点根据分子筛的骨架结构和活性组分的不同，分子筛型催化剂可分为以下几类：1.硅铝酸盐分子筛：具有良好的酸性、碱性和中性环境，广泛应用于石油化工、环保等领域。
2.金属有机骨架分子筛（MOFs）：具有高比表面积、可调结构和化学功能团，具有很高的活性和选择性。
3.磷酸盐分子筛：具有良好的酸性、碱性和中性环境，可用于催化剂和吸附剂等。
4.分子筛膜：具有较高的分离效率和稳定性，可用于气体分离、水处理等领域。
三、分子筛型催化剂的应用领域1.石油化工：用于催化裂化、重整、加氢等过程。
2.环保：用于气体净化、废水处理等。
3.化学工业：用于合成氨、醇类合成、氧化还原等过程。
4.能源领域：用于燃料电池、电解水制氢等。
四、分子筛型催化剂的研究与发展趋势1.分子筛的设计与合成：通过计算机模拟等技术，预测和设计具有特定功能的分子筛。
2.活性组分的引入：研究不同活性组分对分子筛催化性能的影响，提高催化剂的活性和选择性。
3.分子筛催化剂的制备工艺：优化制备工艺，提高催化剂的稳定性和寿命。
4.分子筛催化剂的应用研究：探索分子筛催化剂在新能源、环境保护等领域的应用。
五、我国在分子筛型催化剂领域的进展我国在分子筛型催化剂领域取得了显著的成果，不仅在理论和实践方面取得了突破，而且已在石油化工、环保等领域得到广泛应用。
分子筛催化剂的研究与应用
分子筛催化剂的研究与应用分子筛催化剂是当今化学领域中的一个重要的研究方向，它是指具有精细空间网络结构的固体材料，通过其特殊的空间结构和化学功能，可以在化学反应中起到催化作用。
分子筛催化剂广泛应用于石油加工、化学制品、环境保护等领域，是一个非常有前途的研究领域。
一、分子筛催化剂的基本原理分子筛催化剂的催化原理基于它特殊的孔道结构，孔道尺寸与特定反应分子的尺寸相匹配。
当反应分子通过孔道时，会与分子筛中的活性位点发生相互作用，实现催化反应。
因此，作为催化剂，分子筛材料的最重要的性质是大孔度和优秀的比表面积，以及催化位置和反应选择性。
二、分子筛材料的制备分子筛材料的制备需要引入模板分子，它尺寸与孔道相一致，可以帮助形成分子筛结构。
通常使用有机碱或某些有机分子作为模板剂。
分子筛材料的制备方法一般分为两大类：溶胶-凝胶法和晶种法。
其中，溶胶-凝胶法是将硅酸酯、铝酸酯等合成原料与模板分子在水和乙醇中混合，在高温条件下转化为固态材料。
而晶种法则是将已经合成好的分子筛加入合成反应体系中，主要应用于制备特定形式的分子筛。
三、分子筛催化剂的应用与研究分子筛催化剂广泛应用于石油加工、化学制品、环境保护等领域。
在石油化工生产中，分子筛催化剂被广泛用于汽油和柴油加氢、裂化和异构化等过程中；在化学制品生产中，分子筛催化剂被用于合成各种有机分子，如医药、染料和催化剂等；在环境保护方面，分子筛催化剂也有广泛的应用。
例如，NOx催化还原、VOC催化氧化等领域。
在研究方面，分子筛材料不仅被广泛应用于催化反应，而且还成为研究具有新型性质和应用的材料的热点之一。
例如，有人研究了纳米分子筛材料和分子筛/金属有机骨架材料，具有较高的比表面积和催化活性，可以用于制备更高效的催化剂。
另外，还有一些关于分子筛催化剂的新型材料的研究。
研究人员使用不同的合成方法制备了具有不同空间结构、孔径和成分的新型分子筛材料，带来了更多的研究方向。
总之，分子筛催化剂作为一种高效而广泛应用于各种反应的催化剂，在化学领域中发挥着重要的作用。
第四节 分子筛简介
• 广义（Molecular sieve ）：结构中有规整而均匀的
孔道，孔径为分子大小的数量级,它只允许直径比孔径 小的分子进入,因此能将混合物中的分子按大小加以筛 分。 分子筛通常是白色粉末，无毒、无味、无腐蚀性， 不溶于水和有机溶剂，溶于强酸和强碱。
2
Chapter 3
p区元素化学
§3-4
分子筛化学
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Chapter 3
p区元素化学
§3-4
分子筛化学
四、分子筛的性能特点 • 离子可交换特性 • 表面酸碱性质 • 择形作用
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§3-4
分子筛化学
离子可交换特性
由于分子筛结构中Si和Al的价态不同，造成分子筛 骨架的电荷不平衡，因此必须由金属阳离子来平衡。 分子筛合成时引入的是Na+， Na+很容易被其它金属
O O Oxygen Bridge
O O
四
14
员
环
六 员
环
Chapter 3 构 成 沸 石 骨 架 结 构 的 二 级 结 构 单 元
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§3-4
分子筛化学
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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。
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Chapter 3
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§3-4
分子筛化学
汽油的重整中，为提高汽油中异构烷烃的百分比， 就可利用适当孔径的分子筛限制异构烷烃进入孔道，也 就是说不让它们与分子筛的内表面接触，而正构烷烃却 可自由出入，并在内表面的酸性中心上发生裂解反应而 与异构烷烃分离。
分子筛催化剂及其催化作用ppt课件
O2Si4+ 或 Al3+
注意：T 除 Si 、Al 外，也可是 P、Ti、V 等
（同晶取代杂原子分子筛）
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 T 原子（或 TO4 四面体） 每条边代表一个氧桥 （或 T – O – T 键）
由4个TO4 四面体形成四元环，5个TO4 四面体形成五元环，依此
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
硅铝比：Si / Al 或 SiO2 / Al2O3 的摩尔比
1 低硅 Si / Al 影响分子筛的
2 中硅
5 高硅分子筛
亲油、亲水性能：高硅亲油（对有机分子吸附性强），低硅亲水性 耐酸性、热稳定性 ：Si / Al 耐酸性、热稳定性
几种常见的分子筛
型号
3A
4A 5A 13X
典型化学组成
K64Na32 [ (AlO2)96(SiO2)96 ] 216H2O
Na96 [ (AlO2)96(SiO2)96 ] 216H2O Ca34Na28 [ (AlO2)96(SiO2)96 ] 216H2O Na86 [ (AlO2)86(SiO2)106 ] 264H2O
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
3、笼结构
环通过氧桥连接成三维空间的多面体（笼）
笼
晶穴 晶孔
孔穴
空腔
笼（立方体笼）
分子筛催化剂的制备与表征研究
分子筛催化剂的制备与表征研究分子筛催化剂是一种重要的催化材料，具有广泛的应用前景。
它的制备与表征研究对于提高催化剂的活性和选择性具有重要意义。
本文将从分子筛催化剂的制备方法、表征手段以及研究进展等方面进行论述。
一、分子筛催化剂的制备方法分子筛催化剂的制备方法多种多样，常见的有水热法、溶胶-凝胶法、固相合成法等。
水热法是一种常用的制备方法，通过在高温高压下将硅源和铝源与模板分子反应，形成具有特定孔径和结构的分子筛催化剂。
溶胶-凝胶法则是将溶胶中的硅源和铝源与模板分子混合，并通过溶胶凝胶过程形成凝胶，最后经过煅烧得到分子筛催化剂。
固相合成法则是将硅源和铝源与模板分子一起固定在载体上，然后通过煅烧去除模板分子得到分子筛催化剂。
二、分子筛催化剂的表征手段分子筛催化剂的表征是研究其结构和性能的重要手段。
常用的表征手段包括X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、氮吸附-脱附等。
XRD可以用来确定分子筛催化剂的晶体结构和晶格常数，SEM和TEM可以观察其形貌和颗粒大小，FTIR可以分析其表面官能团的种类和含量，氮吸附-脱附则可以测定其比表面积和孔径分布。
三、分子筛催化剂制备与表征研究的进展随着催化剂研究的不断深入，分子筛催化剂的制备与表征研究也取得了一系列进展。
在制备方法方面，研究人员不断改进和创新，提出了一些新的制备方法，如溶胶-凝胶-浸渍法、模板离子交换法等。
这些新的制备方法可以更好地控制分子筛催化剂的孔径和结构，进一步提高其催化性能。
在表征手段方面，研究人员也在不断探索和改进，如引入原位表征技术，可以实时观察催化反应过程中分子筛催化剂的结构变化，从而深入理解催化机理。
此外，分子筛催化剂的应用领域也在不断扩展。
除了传统的石油化工领域，如催化裂化和异构化等，分子筛催化剂在环境保护、新能源等领域也有广泛应用。
例如，分子筛催化剂可以用于废水处理和废气净化，通过催化反应将有害物质转化为无害物质，达到环境保护的目的。
第4章 分子筛及其催化作用(2)
分子筛酸位的形成
氢型分子筛上的羟基显酸性中心 一般的分子筛不采用强酸酸化，而是通过离子 交换成为NH4+型分子筛。
NH4+型分子筛加热脱氨即可变成H＋分子筛， 由于氨的逸出在骨架中的铝氧四面体上就留下 一个质子酸，这是B酸的来源。 继续加热（>500℃），脱水形成L酸位中心
O Si O
硅铝比对分子筛催化剂催化性能的影响
在分子筛的晶体结构中，随着硅铝比的增加，相邻两 个铝原子之间的距离就增加，相应地，阳离子密度就 减小，这样就减小了阳离子的电场屏蔽作用，从而加 强了静电场。因此在正碳离子型反应中，分子筛的催化 活性在一定的硅铝比范围内随硅铝比的增加而上升， 钙八面沸石上的异丙苯裂化的典型数据如表所示：
（1）孔口或外表面上的反应 支链烯烃或其溴化物分子的直径大于5A 沸石，但是支链烯烃 和HBr 依然在5A 沸石上反应。原因是支链烯烃只需烯键在孔口就 能反应而无需全部进入沸石孔道中去溴化反应。Derouane 认为沸 石催化和酶催化有某种类似，即对反应分子结构有“识别”“认同 性”而决定反应速度。大分子在小晶粒沸石上虽然其晶内扩散系数 很小，只要其分子构型和沸石骨架能很好地匹配，产生最优的van de Walls 作用， 就能在沸石外表面和或孔口处选择性地吸附进而 反应。
沸石分子筛的催化作用特点
择形催化
离子可交换特性 表面酸碱性质 静电场效应
分子筛的表面酸碱特性
固体表面的酸碱性是涉及催化性能的本质所 在。像硅酸铝一样，沸石分子筛在催化中的 最初应用几乎全是利用其表面的酸性质。
实验事实证实沸石分子筛的固体酸性表面与 沸石分子筛类型、阳离子性质等有关。 分子筛酸位？形成
O
Na+
第四章分子筛催化剂及其催化作用
第四章分子筛催化剂及其催化作用本章主要内容：分子筛的结构分子筛晶胞化学组成表示方法分子筛的几级结构层次几种常见沸石分子筛的结构分子筛催化剂的催化性能与调变分子筛酸中心的形成与酸催化反应分子筛催化剂的择形催化性质分子筛催化剂的其它类型催化反应(双功能催化反应和氧化反应等)引言一类具有均匀孔隙(道)结构的结晶性材料。
孔道尺寸与分子直径大小相当，能在分子水平上筛分物质，又称为分子筛。
分子筛结构中含有大量的结晶出0分子，加热时可汽化除去，分子筛又称为沸石。
通常自然界存在的常称为沸石，人工合成的常称为分子筛，有时也称为沸石分子筛。
硅铝酸盐分子筛晶胞化学组成表示式分子筛多为结晶硅铝酸盐，其晶胞化学组成式可表示为：M 2/n O <AbO3 *xSiO2 * yH20式中，M-金属阳离子，女口Na+、K+、Ca2^，人工合成时通常为Na+。
分子筛结构中Si和Al的价数不同，造成的电荷不平衡必须由金属阳离子来平衡。
n为金属阳离子的价数，若n=1，M的原子数=Al原子数；n=2时，M原子数为Al原子数的一半。
x为SiO2的分子数，也可称Si02/Al203的摩尔比，俗称硅铝比；硅铝比是分子筛的一个重要指标，硅铝比不同，分子筛的性质也不同。
y为结构中结晶H2O分子数目。
分子筛的晶胞化学组成式也可用下式表示M p/n[(AI02)p (SiO2)q] y H20式中p为铝氧四面体的数目，q为硅氧四面体的数目。
每个铝原子和硅原子平均都有两个氧原子。
常用的沸石分子筛类型已发现天然沸石有40多种，人工合成的沸石分子筛已达200多种。
常用到的沸石分子筛类型有方钠型沸石，如A型分子筛八面型沸石，如X-型、丫型分子筛丝光型沸石高硅型沸石，如ZSM-5等由于分子筛在各种不同反应中，能提供很高的活性和不同寻常的选择性，在炼油和石油化工中，分子筛催化剂占有重要地位。
各种分子筛名称的由来起初分子筛没有系统命名规则。
有用研究者第一次发表提出的一个或者几个字母来命名。
分子筛催化剂及其催化作用
分子筛催化剂及其催化作用分子筛是一种类似于海绵结构的多孔固体材料，其内部具有高度有序的孔道网络。
这种孔道网络可以选择性地吸附、分离和催化分子。
因此，分子筛被广泛应用于催化反应中，用作催化剂。
本文将介绍分子筛催化剂及其催化作用的相关知识。
一、分子筛催化剂的种类分子筛是一类非常多样化的催化剂，具有多种不同的结构和成分。
其中最常见的分子筛催化剂包括:1.沸石型分子筛:沸石型分子筛由硅酸和铝酸盐组成，其骨架结构中含有沸石骨架，并具有球状、柱状和片状等不同的形貌。
沸石型分子筛广泛应用于催化裂化反应、异构化反应和甲醇转化等。
2.硅铝酸型分子筛:硅铝酸型分子筛是一种由硅酸盐和铝酸盐组成的分子筛，其骨架结构中含有正电荷和负电荷。
硅铝酸型分子筛具有很强的酸性，广泛应用于酸催化反应，如异构化反应和酸醇缩合反应。
3.中孔分子筛:中孔分子筛具有较大的孔道尺寸和较高的孔道体积，能够容纳较大的分子。
中孔分子筛在液相催化反应中具有较好的扩散性能，广泛应用于液态和气液两相催化反应。
4.无机有机复合型分子筛:无机有机复合型分子筛是一种由有机柔性基团与无机硅铝酸型分子筛结合而成的材料。
它既具有无机分子筛的高孔隙度和较大的孔径，又具有有机基团的柔性和机械强度。
无机有机复合型分子筛在催化反应中具有较好的选择性和活性。
二、分子筛催化剂的催化作用1.吸附作用:分子筛催化剂能够通过吸附选择性地去除废气中的杂质，例如吸附焦炭和硫化物等。
此外，分子筛催化剂还能够通过吸附分子实现分离和浓缩。
2.选择透过作用:分子筛催化剂的孔道大小和形状可以选择性地透过一些小分子，而阻隔大分子的传输。
这种选择透过作用可用于鉴别和分离不同的分子。
3.催化反应:分子筛催化剂能够通过其酸碱性和孔道结构催化各种化学反应。
酸性分子筛催化剂通常用于异构化、缩合和酯化等酸催化反应。
碱性分子筛催化剂通常用于酸碱中和、氧化还原和碳酸化反应等。
此外，由于分子筛具有较大的比表面积和孔隙度，它还能够提供很大的反应界面，加速反应速率。
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。
分子筛催化剂的特征参数
分子筛催化剂的特征参数摘要：一、分子筛催化剂的概念二、分子筛催化剂的分类1.按照分子筛的骨架结构分类2.按照分子筛的形状分类3.按照分子筛的孔径分类三、分子筛催化剂的主要特征参数1.分子筛的孔径2.分子筛的孔容3.分子筛的比表面积4.分子筛的骨架密度5.分子筛的耐磨性6.分子筛的热稳定性四、分子筛催化剂的应用领域1.石油化工2.环保行业3.医药工业4.食品工业5.其他领域正文：一、分子筛催化剂的概念分子筛催化剂是一种具有特定孔道结构的催化剂，它通过孔道的大小和形状来筛选反应物，从而对反应起到催化作用。
分子筛催化剂具有活性高、选择性强、热稳定性好等特点，广泛应用于各个领域。
二、分子筛催化剂的分类1.按照分子筛的骨架结构分类分子筛催化剂根据骨架结构的不同，可以分为硅酸铝骨架、硅酸钛骨架和硅酸锆骨架等。
这些骨架结构对催化剂的性能有很大影响，如稳定性、孔道结构等。
2.按照分子筛的形状分类分子筛催化剂可以分为球形分子筛、立方形分子筛等。
不同形状的分子筛催化剂在应用领域和性能上有所差异。
3.按照分子筛的孔径分类分子筛催化剂可以根据孔径的大小分为大孔径分子筛、中孔径分子筛和小孔径分子筛。
孔径大小对催化剂的催化活性、选择性等性能有很大影响。
三、分子筛催化剂的主要特征参数1.分子筛的孔径孔径是分子筛催化剂的一个重要参数，它直接影响催化剂的催化活性和选择性。
不同孔径的分子筛催化剂适用于不同类型的反应。
2.分子筛的孔容孔容是指分子筛催化剂中孔道的体积，它与孔径、孔隙率等因素密切相关。
孔容大小对催化剂的吸附能力、催化性能等有重要影响。
3.分子筛的比表面积比表面积是指单位质量或单位体积的分子筛催化剂所具有的表面积。
比表面积越大，催化剂与反应物之间的接触面积越大，催化活性越高。
4.分子筛的骨架密度骨架密度是指分子筛催化剂中骨架结构的质量密度。
它与催化剂的稳定性、孔道结构等密切相关。
5.分子筛的耐磨性耐磨性是指分子筛催化剂在长时间使用过程中，保持其结构和性能不变的能力。
分子筛催化剂
分子筛催化剂及其进化柴油机尾气的研究一、分子筛催化剂1、分子筛的相关解释分子筛, 常称沸石或沸石分子筛, 按经典的定义为“是具有可以被很多大的离子和水分占据孔穴(道) 骨架结构的铝硅酸盐”。
照传统定义，分子筛是具有均一结构，能将不同大小分子分离或选择性反应的固体吸附剂或催化剂。
狭义讲，分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键连相连形成孔道和空隙体系，从而具有筛分分子的特性。
基本可分为A、X、Y、M和ZSM几种型号，研究者常把它归属固体酸一类。
2、分子筛催化剂的分类及其特点分子筛按孔道大小划分，分别有小于2 nm、2—50 nm和大于50 nm的分子筛，它们分别称为微孔、介孔和大孔分子筛。
分子筛根据孔径大小可分为微孔、介孔和大孔分子筛3 大类。
微孔分子筛具有强酸性和高水热稳定性等优点和特殊“择形催化”性能，但也存在着孔径狭窄、扩散阻力大等缺点，从而大大限制了在大分子催化反应中的应用。
介孔分子筛具有比表面积高、吸附容量大、孔径大等特点，在一定程度上解决了传质扩散限制问题，但其酸性较弱且水热稳定性较差，导致其工业应用受到了限制。
为了解决上述问题，研究人员开发了多级孔分子筛，该分子筛结合了介孔和微孔分子筛的优点，在石油化工领域具有不可估量的应用前景。
3、分子筛的催化特性（1）催化反应的活性要求：比表面积大，孔分布均匀，孔径可调变，对反应物和产物有良好的形状选择；结构稳定，机械强度高，可耐高温(400～600℃)，热稳定性很好，活化再生后可重复使用；对设备无腐蚀且容易与反应产物分离，生产过程中基本不产生“三废”，废催化剂处理简单，不污染环境。
如择形催化的研究体系，几乎包括了全部的烃类转化和合成，还有醇类和其它含氮、氧、硫有机化合物以及生物质的催化转化，这些都为基础研究、应用研究和工业开发开辟了广阔的领域。
一些含过渡金属的沸石分子筛不仅应用到传统的酸碱催化体系中，而且也应用到氧化一还原催化过程中。
分子筛催化剂
分子筛催化剂
分子筛催化剂是一种通过把大分子物质分解成小分子物质来实现催化反应的材料，它也是一种复合材料。
它由微小的固体颗粒构成，每个颗粒都具有特定的结构、形状和表面性质。
这些颗粒可以在溶液中移动，并将大分子物质分解成小分子物质，从而促进催化反应。
此外，它也可以用来提高溶解度和流动性，改善反应条件和性能。
分子筛催化剂的优点是可以实现较低的温度、压力和水质要求，以达到最佳的催化效果。
它们还具有高效性、稳定性和可再生性，可以使催化反应无污染。
此外，分子筛催化剂还可以用于改善反应条件，提高反应速率，降低反应温度，减少反应时间，同时还可以节省能源。
分子筛催化剂
分子筛催化剂-正文又称沸石催化剂，指以分子筛为催化活性组分或主要活性组分之一的催化剂，工业上用量最大的是分子筛裂化催化剂，它属于固体酸催化剂。
此外，常用的还有具双功能催化作用的载金属分子筛催化剂，如钯-超稳Y型分子筛加氢裂化催化剂（见表）。
催化性质按分子筛的催化性质，可分为分子筛固体酸催化剂、金属分子筛双功能催化剂和分子筛择形催化剂三大类。
按分子筛的类型分类，则分子筛催化剂的分类和分子筛的分类相同。
①分子筛催化剂具有优异的酸催化活性，它的酸性来源于交换态铵离子的分解、氢离子交换，或者是所包含的多价阳离子在脱水时的水解。
例如：NH4M─→NH3+HMH++NaM─→HM+Na+Ce3+M+H2OM─→CeOH2+M+HM式中M表示分子筛。
所产生的质子酸中心的数量和酸强度对分子筛的酸催化活性具有重要意义。
分子筛的两个羟基脱水将形成路易斯酸（L酸）中心,其结构是一个三配位铝原子和同时生成的一个带正电荷的硅原子。
有一种看法认为路易斯酸产生于在阳离子位置上所形成的六配位铝原子。
分子筛的以硅铝比表示的组成对其酸度和酸强度（见固体酸催化剂、酸碱催化剂）有很大的影响。
②分子筛上可载以铂、钯之类的金属，得到兼有金属催化功能和酸催化功能的双功能分子筛催化剂。
一般用金属的氨基络合物与分子筛进行阳离子交换，继而进行还原性分解。
例如：式中Y代表Y型分子筛。
金属可以为原子态分散，同时也存在着二聚态甚至多聚态。
晶内空间的金属还可以向外表面迁移。
除贵金属外，许多过渡金属离子也可以被引入分子筛而构成双功能催化剂。
③分子筛催化剂的另一特征是它所具有的形状选择性。
由于分子筛的催化作用一般发生于晶内空间，分子筛的孔径大小和孔道结构对催化活性和选择性有很大的影响。
分子筛具有规整而均匀的晶内孔道，且孔径大小近于分子尺寸，使得分子筛的催化性能随反应物分子、产物分子或反应中间物的几何尺寸的变化而显著变化。
分子筛催化剂所显示的良好的热稳定性和水热稳定性,对于工业应用具有重要的意义。
分子筛催化剂的特征参数
分子筛催化剂的特征参数1.孔径大小：分子筛催化剂的孔径大小可以根据需要进行调整，通常在纳米到微米的范围内。
这种调整孔径大小的能力使得分子筛催化剂能够根据反应的需求选择性地吸附和催化特定大小和形状的分子。
2.孔隙结构：分子筛催化剂具有规则的孔隙结构，通常呈现为排列有序的柱状或球状结构。
这种孔隙结构提供了高度的分子选择性和反应活性，因为它可以限制分子的扩散，并促使分子之间的相互作用。
3.比表面积：分子筛催化剂具有非常高的比表面积，通常可达到几百平方米/克。
这种高比表面积提供了充足的活性位点，因此能够提高催化剂的反应活性和选择性。
4.酸碱性：分子筛催化剂可以具有酸性或碱性。
酸性分子筛催化剂通常由硅酸盐或铝酸盐构成，可以催化酸催化反应，如酯化、酰化等。
碱性分子筛催化剂通常由金属氧化物或过渡金属氧化物构成，可以催化碱催化反应，如醇缩合反应等。
5.热稳定性：分子筛催化剂通常具有良好的热稳定性，可在较高温度下进行反应而不发生烧结或失活。
这种性质使得分子筛催化剂在高温条件下具有较高的催化活性和选择性。
6.化学稳定性：分子筛催化剂通常具有良好的化学稳定性，可以在不发生腐蚀或变形的情况下催化多次循环使用。
这种化学稳定性使得分子筛催化剂成为工业上大规模应用的理想选择。
7.吸附性能：分子筛催化剂可以选择性地吸附和催化特定大小和形状的分子。
这种选择性吸附和催化能力使得分子筛催化剂成为催化转化、分离纯化等领域的重要工具。
综上所述，分子筛催化剂具有孔径大小调控能力、规则孔隙结构、高比表面积、酸碱性、热稳定性、化学稳定性和选择性吸附与催化能力等特征参数，使得它在很多领域的应用中具有独特的优势。
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第四节分子筛催化剂分子筛是一类结晶型的硅铝酸盐，因其具有均一的微孔结构，能在分子水平上筛分物质而得名。
如4A分子筛微孔的表观直径大约是4.5埃，能吸附和交换直径达4.7埃的分子。
分子筛具有较强的离子交换性能，经氢离子或稀土金属离子交换可制得酸性较强的固体酸，广泛用作催化剂或催化剂载体。
沸石分子筛具有均匀的孔结构，其最小孔道直径为0.3-1.0nm。
孔道的大小主要取决于沸石分子筛的类型。
沸石分子筛对许多酸催化反应具有高活性和异常的选择性。
分子筛无毒无污染、可再生，是一类理想的环境友好催化材料，在石油化工和精细化工中发挥着越来越重要的作用。
一、分子筛的结构1、分子筛的化学组成沸石分子筛是由SiO4或AlO4四面体连接成的三维骨架所构成。
Al或Si原子位于一个四面体的中心，相邻的四面体通过顶角氧原子相连，这样得到的骨架包含了孔、通道、空笼或互通空洞。
沸石分子筛可用下列通式表示：Mx/n[（AlO2）x（SiO2）y]·zH2O其中：M：金属离子；n：M的价数；x/n：金属离子的摩尔数；x：AlO2的摩尔数；y ：SiO2的摩尔数；z：水的的摩尔数；[（AlO2）x（SiO2）y]为晶胞单元。
化合价为n 的金属离子的存在是为了保持体系的电中性，因为在晶格中每个AlO4四面体带有一个负电荷。
各种分子筛的区别，首先是化学组成的不同。
M的不同：Na, K, Li, Mg等金属离子，有机胺或复合离子硅铝摩尔比的不同：沸石A、X、Y和丝光沸石的硅铝分别为：1.5~2、2.1~3.0、3.1~6.0和9~8。
当化学式中的x数值不同时，分子筛的抗酸性、热稳定性以及催化活性等都不相同。
一般而言，x的数值越大，耐酸性和热稳定性越高各种分子筛最根本的区别是晶体结构的不同，因而不同的分子筛具有不同的性质。
2、分子筛的结构单元——四面体分子筛最基本的结构单位是硅氧和铝氧四面体。
因为硅是＋4价、氧是-2价，故（SiO4）四面体可在平面上表示为下图a。
实际上，硅原子的四个化学键在空间互成一定角度，如用小黑点表示Si原子，大圆圈表示氧原子（显示了氧的原子体积比硅大），故可用立体图表示为下图b。
由于每个氧原子为相邻二个四面体所共用（称氧桥），因此，硅和氧的化合价都得到满足。
四面体间通过氧桥相互连接，便构成链状、层状及三维的立体骨架。
在AlO4四面体中，因为铝是＋3价，故四面体带有负电荷。
四面体中的硅和铝原子，通常用T表示。
T－O和O－O间的距离是各不相等的：Si－O＝1.6Å，Al－O＝1.75Å，O Si－O Si＝2.63Å，O Al－O Al＝2.86Å。
3、环、笼和结构亚元（1）环四面体通过氧桥相互连接，便形成环。
由四个四面体组成的环是四元环，五个四面体组成的环叫五元环。
还有六元环、八元环、十二元环及十八元环等。
如六元环（下图a），可简化为六方型（下图b），每个顶角有一个T（Si或Al）原子，每条边的中央有一个氧原子通常两个铝氧四面体不能直接相连。
环的当中是一个孔，各种环的孔直径为：四元环1 Å，六元环2.2 Å，八元环4.2 Å，十二元环8～9 Å。
由于环可有不同程度的扭转，实际孔径与上述数据有一定出入。
因此同为八元环，孔径不一定相等。
环的孔径与通常分子的大小差不多。
六元环以下的孔径太小，分子钻不进去，除了离子交换之外，意义不大。
由较大的环构成的沸石通道在分子筛的吸附及催化作用中是很重要的。
（2）笼（或空腔）四面体通过氧桥连接成环，环上的四面体再通过氧桥相互连接，便构成三维骨架的孔穴（笼或空腔）。
在分子筛的晶体结构中，有许多形状整齐的多面体笼。
如A型分子筛中，有β笼、α笼、γ笼，X和Y型沸石中有β笼、八面沸石笼和六方柱笼等。
γ笼是一个立方体，由六个四元环组成，体积很小，一般分子进不到里面去。
六方柱笼是六棱柱体，由六个四元环和二个六元环组成。
它的体积也比较小。
β笼也叫方钠石笼，因为方钠石结构中也有这种笼子，实际上是个削角或平切八面体，含有六个四角面，八个六角面和24个顶角。
β笼的空腔体积为160 Å3，平均直径为6.6 Å。
β笼进一步相互连接，就可构成A型、X型和Y型分子筛的骨架。
方钠石笼α笼是个平切立方八面体，比β笼还要大，由12个四元环、8个六元环和6个八元环组成，共26个面、48个顶角。
α笼的平均直径为11.4 Å，空腔体积760 Å3，其饱和容量约折合26个水分子，或19～20个NH3，或12个CH3OH，或9个CO2，或四个C4H10分子。
一个α笼周围有八个β笼和12个γ笼，α笼与β笼通过六元环相互沟通。
同时，一个α笼周围，还有6个α笼通过八元环相互沟通，八元环的直径约4.2 Å，是A型分子筛的主孔道。
但不同阳离子类型的A型分子筛，其孔径有所变化。
α笼α笼中硅和铝的分布八面沸石由18个四元环、4个六元环和4个十二元环组成，空腔体积850 Å3，平均直径12.5 Å，饱和容量为28个水或5.4苯或4.1个环己烷或3.5个正庚烷分子。
八面沸石笼通过六元环或四元环与周围的β笼相通，通过四元环与周围的六方柱相连，更重要的是通过四个十二元环和周围相邻的另外四个八面沸石相通。
十二元环的直径约8～9Á，是X和Y型分子筛的主要通道。
此外，还有δ笼和ε笼。
前者是一种双八元环，后者是钙霞石单位或十一面体。
八面沸石笼（3）结构亚元对已知结构的沸石骨架经过仔细地分析，共发现八种（Si, Al）O4四面体的特殊排列------结构亚元。
每种沸石骨架可看成是仅由一种结构亚元组成的（这里不考虑Si和Al原子的分布）。
结构亚元的大小和硅酸盐阴离子相当。
分子筛沸石的结构分类就是基于这些结构亚元进行的。
每一类沸石都包含这共同的结构亚元。
这八种结构单元：四元环、六元环、八元环、4－4双四元环，6-6双六元环，4-1、5-1和4-4-1 其中最简单的是四元环和六元环，在其他硅铝酸盐骨架中也常常发现。
4－4为双四元环（γ笼），6-6为双六元环（六方柱笼），而4-1、5-1、和4-4-1为复合单位。
具有相同结构亚元的沸石，由于骨架铝硅的分布和阳离子位置的不同，可以属于不同的沸石类型。
很大的四面体基团，像β笼等，虽然在许多情况下，可以把沸石骨架看成是由这些多面体单位构成的，但不算作结构亚元。
结构亚元4－4和6－6一般仅在低温下才能得到。
分子骨架中的结构亚元4、硅铝分布和同晶取代骨架中的硅铝分布是沸石结构的一个重要方面，一些异构沸石及沸石组成的改变，在它们的硅铝分布方面有着重大差别。
X射线分析表明，水钙沸石和钠沸石中的硅铝分布是完全有序的。
例如，在水钙沸石中，SiO4和AlO4四面体，按Si/Al＝1相互交错。
这些沸石处于相当稳定的状态，在较高温度下才能结晶出来。
在其他沸石中，硅铝的分布只是部分有序的。
有序的程序也各不相同，有的长程有序，有的仅在很短区间内硅铝分布才是有序的，即短程有序。
硅铝四面体原子可为其他原子取代，如Be、B、Co、P、Fe等。
四面体铝也可以通过水解而脱除。
如通过反复的加热和酸处理，丝光沸石的硅铝比可提高到600，即基本上不含铝，而仍然保持原来的晶体结构。
红外光谱已经证实，在水解时有H4O4四面体生成。
在此四面体中，O-O间的距离2.7 Å，约等于通常氢键的键长。
在灼烧时，H4O4四面体生成水，同时硅原子移动，占据空虚的铝四面体位置。
5、阳离子位置由于热运动，阳离子位置的不规则性和位置的部分占据、以及骨架扭转和晶格缺陷等，常常使阳离子位置的精确测定受到阻碍。
对于骨架孔穴很大的沸石，单靠X-射线衍射，往往不能确定阳离子位置，需要借助电子自旋等其他测试技术。
对于骨架孔穴很少的沸石（如钠沸石和水钙沸石等），只有一种阳离子位置，并且这种位置为阳离子完全占据。
阳离子既与骨架氧键合，又与水分子键合，而水分子（如在钠沸石中）也与骨架氧通过氢键键合。
在这些沸石中，阳离子和水分子的位置都是完全固定的。
在骨架孔穴很大的沸石中，常有几种阳离子位置，这些位置一般仅部分的被占据，同时，阳离子更多的不同分布，对离子交换、热稳定性及吸附和催化性能都有影响6、水和其他吸着物许多吸着物分子占据沸石中确定的位置。
如在骨架孔穴很小的钠沸石中，水分子的位置是完全确定的，菱沸石中的卤素原子也有类似的情形。
然而，在具有很大孔穴的沸石中，除了一些靠近骨架原子的吸着物之外，水和其他分子的位置都是不固定的。
可以把吸着物想象为在沸石内表面形成许多层。
第一层的分子被强烈地吸着，随着层数地增加，越来越不受表面作用力的影响。
如在八面沸石中，单位晶胞可容纳260个水分子，近于孔中心的分子与骨架的键合力很小。
对于非极性分子，这种作用力就更小，位置就更加不固定。
但是像Br2和I2这样的大分子，即使在最大的孔道中，也只能形成1～2层。
因此，在键合力的类型相同的情况下，它们的位置就比小分子固定得多。
沸石吸着水和其他分子的结果，常常会使骨架变形。
如菱沸石的骨架，就很容易变形。
可逆扭转的程度也有差别。
八元环上氧原子可移动达0.5Å。
因而，八元环的形状随着吸着分子而发生显著变化。
A型、X型和Y型分子筛的骨架不易变形。
吸着分子引起骨架氧的移动，最大不超过0.1 Å。
菱沸石和相应的A型分子筛的主要通道都由八元氧环构成，它们的不同吸附性质，除了与结构有关外，也受这种变形的影响。
7、几种典型沸石分子筛的结构经常用作吸附剂和催化剂的沸石分子筛：（1）A型分子筛：空间群为P m3m，晶胞常数a0=12.29 Å,它的结构可看成由三种不同的成分组成：沸石骨架、平衡骨架电荷的阳离子以及吸着分子。
A型分子筛的骨架结构与NaCl的晶体结构（NaCl属于立方晶系（见图），晶胞参数的关系是a=b=c，点群m3m，空间群Fm3m。
结构中Cl－离子作面心立方最紧密堆积，Na+填充八面体空隙的100%；两种离子的配位数均为6；配位多面体为钠氯八面体[NaCl6]或氯钠八面体[ClNa6]；八面体之间共棱连接（共用两个顶点）；一个晶胞中含有4个NaCl“分子”，整个晶胞由Na＋离子和Cl－离子各一套面心立方格子沿晶胞边棱方向位移1/2晶胞长度穿插而成。
）相似。
在NaCl晶体中，钠离子和氯离子位于立方体的八个顶角上，若用β笼代替所有的钠离子和氯离子，并且相邻二个β笼间通过四元环用氧桥相互连接，这样便形成A型分子筛的骨架结构。
在A型沸石分子筛中，大空穴通过直径为0.5nm的八元环孔口相连A型沸石分子筛的结构（2）X型和Y型分子筛在拓扑结构上与八面沸石矿有关，因而常称之为八面沸石型分子筛。