分子筛简介演示文稿

➢ 3A 70% Na+ 被 K+ 交换
孔径 3 Å KA
相应天然沸石矿物名称
➢ M型 —— 丝光沸石型分子筛
➢ X型、Y型 —— 八面沸石型分子筛
Si、Al 被其它原子取代：前加取代原子元素符号和连字符
➢ P-L型 —— P原子同晶取代 L型分子筛中的部分Si
二、分子筛的结构构型
➢ 基本结构单元是硅氧四
分子筛简介演示文稿
一、分子筛概述
1、分子筛简介
分子筛具有均匀的微孔结构，它的孔穴直径大小均匀， 这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对 极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力，因而能把极性 程度不同，饱和程度不同，分子大小不同及沸点不同的分 子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称分子筛。
2、沸石（zeolite）与分子筛（molecular sieve）
沸石：自然界存在的结晶型硅铝酸盐（由于晶体中 含有大量结晶水，加热汽化，产生类似沸腾的现象， 故称为沸石）
沸石结构中有许多均匀的孔道，且孔径与一般分子 大小相当，进而具有筛分分子的作用，所以沸石又 称为分子筛 （自然界存在的常称沸石，人工合成的称为分子筛）
➢ A型、X型、Y型、M型、ZSM-5型等
离子交换：在原型号前冠以所交换的离子元素
➢ NaA、CaA、HY、NH4Y 等 在原型号前冠以分子筛孔径大小
➢ 4A Na96[ (AlO2)96(SiO2)96 ] 216 H2O 孔径 4 Å
➢ 5A 70% Na+ 被 Ca2+交换
孔径 5 Å
NaA CaA
3、笼结构
环通过氧桥连接成三维空间的多面体（笼）
笼（立方体笼）
笼 晶穴 孔穴 窗孔 晶孔 孔道
空腔
➢ 6个四元环 ➢ 一般分子进不到笼里
六方柱笼
➢ 2个六元环、6个四元环 ➢ 一般分子进不到笼里
笼
➢ 削角正八面体 ➢ 十四面体（8个六元环、6个四元环，
24个顶点） ➢ 平均笼直径 0.66 nm，空腔体积
微
➢ 催化剂具有更高的活性及选择性，不易结炭，稳定性良好
孔
分
20世纪80年代，第三代分子筛催化剂
子
➢ 磷酸铝（AlPO4）系分子筛（非Si，P、Al骨架分子筛）
筛
➢ 钛硅（TS）分子筛（Ti 原子同晶取代骨架中的Al）
20世纪90年代，中（介）孔分子筛
➢ M41s（MCM-41、MCM-22等）介孔分子筛 ➢ HMS介孔分子筛 ➢ SBA介孔分子筛
面体（SiO4）和铝氧四
四 面
面体（AlO4）
体
➢ 硅（铝）氧四面体通过
环
氧桥连接成环
笼
➢ 环通过氧桥连接成三维
空间的多面体（笼）
分
➢ 笼通过氧桥连接成分子
子 筛
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
1、基本结构单元
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）
Si/Al
1 1 1 1-1.5 1-1.5 1.5-3 5 >30
孔径（nm）
0.3 0.4 0.5 0.8-0.9 0.9-1.0 0.9-1.0 0.67-0.70 0.55-0.60
各种沸石分子筛的区别：
化学组成和结构上不同 化学组成上最主要的差别就是硅铝比不同
5、命名
研究者发现时所用符号
分子筛：人工合成的结晶型硅铝酸盐
主要的天然沸石及其物理性质
现已发现天然沸石40多种，人工合成的多达一二百种
3、发展史
1756年发现第一个天然沸石－辉沸石 20世纪50年代，沸石的人工合成工业化
➢ 干燥剂（产品含水可脱到 1-10 ppm） ➢ 净化剂（天然气、裂解气脱H2S、CO2比硅胶净化度提高10-20倍） ➢ 烃类分离（异构烷中分离正构烷、混合二甲苯中分离对二甲苯 ）
0.16 nm3 ➢ 最大窗孔：六元环，孔径 0.28 nm ➢ 仅允许 NH3、H2O等小分子进出 ➢ 用于构成 A型、X型、Y型分子筛的
型号
3A 4A 5A 13X 10X Y M ZSM-5
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 Ca35Na16 [ (AlO2)86(SiO2)106 ] 264H2O Na56 [ (AlO2)56(SiO2)136 ] 264H2O Na8 [ (AlO2)8(SiO2)40 ] 24H2O Na3 [ (AlO2)3(SiO2)93 ] 16H2O
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
2
低硅
中硅
5 高硅分子筛
Si / Al 影响分子筛的
➢ 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
➢ ……
4、化学组成
Me x/n [ (AlO2) x (SiO2) y ] m H2O
Me — 金属阳离子（人工合成分子筛一般为 Na+）
n — 金属阳离子价态 x — Al 原子的数目 y — Si 原子的数目 m — 水分子数目
由于 Al3+ 三价、AlO4 四面体有过剩负 电荷，金属阳离子（Na+ 、K+、Ca2+、
20世纪60年代，第一代分子筛催化剂
➢ A型、X型、Y型、M型 ➢ 分子筛属于固体酸催化剂，在炼油工业和石油化工中有着广泛
应用，如催化裂化、加氢裂化、催化重整、芳烃及烷烃异构化、 烷基化过程、歧化过程等
20世纪70年代，第二代分子筛催化剂
➢ 以ZSM-5为代表的高硅、三维交叉直孔道的新结构分子筛
O2Si4+ 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Βιβλιοθήκη Baidu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