分子筛催化PPT课件
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工业催化--分子筛及其催化作用
引言
一类具有均匀孔隙（道）构造 旳结晶性材料。
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。
分子筛构造中具有大量旳结晶 H2O分子，加热时可汽化除去， 分子筛又称为沸石。
一般自然界存在旳常称为沸石， 人工合成旳常称为分子筛，有 时也称为沸石分子筛。
硅铝酸盐分子筛晶胞化学构成表达式
Q4。
分子筛旳第二构造层次-多元环
分子筛旳第二构造层次：---多元氧环
TO4四面体经过共享氧原子按不同方式连接构成多元氧环 由四个四面体连接形成旳环叫四元氧环； 五个四面体连接形成旳环叫五元氧环； 依此类推还有六元氧环、八元氧环和十二元氧环等
多种环旳临界孔径
假如把多种环近似地看成圆形，其直径称为孔 径，那么多种环旳孔径如下：
列及SAPO系列是含其他杂原子旳分子筛，具有离子互换能 力。
1988年首次合成了具有十八元环旳VPI-5分子筛，孔径达 1.3 nm，实现了超大孔分子筛旳合成。
AlPO-5 和VPI-5旳骨架构造
分子筛旳孔道
多种二级构造单元按照不 同旳排列方式拼搭，构成 了不同旳分子筛骨架构造。
二级构造单元在组合过程 中，往往能围更大孔笼。 每个孔笼又经过多元环窗 口与其他孔笼相通，在分 子筛晶体内部形成了许多 通道，称之为孔道。
多种分子筛名称旳由来
起初分子筛没有系统命名规则。有用研究者第一 次刊登提出旳一种或者几种字母来命名。如A、 X、Y型、ZSM (zeolites Synthesized by Mobil )系 列+阿拉伯数字来命名，如ZSM-5， ZSM-11等， VPI-5(Virginia Polytchnic Institute no.5)等。
磷酸铝分子筛
《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）
工业催化第3章分子筛及其催化作用
分子筛催化剂的稳定性研究
01
热稳定性
研究分子筛在高温下的稳定性， 以评估其在高温反应中的使用寿 命。
水热稳定性
02
03
化学稳定性
研究分子筛在水热条件下的稳定 性，以评估其在实际反应中的抗 水解能力。
研究分子筛在各种化学环境中的 稳定性，以评估其在不同反应介 质中的耐受性。
05
展望与未来发展方向
提高分子筛催化剂的活性与选择性
工业催化第3章分子筛及其催化作用
目录
• 分子筛概述 • 分子筛的催化作用 • 分子筛在工业催化中的应用 • 分子筛催化剂的制备与改性 • 展望与未来发展方向
01
分子筛概述
分子筛的定义
01
分子筛是一种具有规则孔道结构 的无机晶体材料，能够根据分子 的大小和形状选择性吸附气体或 液体分子。
02
它通常由硅、铝、磷等元素构成 的骨架结构，具有均匀的孔径和 较高的热稳定性。
分子筛催化剂的改性技术
01
02
03
表面修饰
通过化学反应在分子筛表 面引入特定的官能团，以 提高催化剂对特定反应的 活性。
金属掺杂
将其他金属元素掺杂到分 子筛骨架中，以改变催化 剂的电子云分布和酸性质， 从而优化催化性能。
离子交换
通过离子交换法将碱金属 或碱土金属离子引入分子 筛，以调节催化剂的酸性 和氧化还原性质。
择形催化作用的机理是，分子筛的孔道尺寸和形状与反应物分子或产物分子的尺 寸和形状相匹配，从而实现对反应物分子的选择性吸附和催化。
分子筛的离子交换和吸附性能
离子交换性能
分子筛骨架外的阳离子可以与其他阳离子进行交换，这种性能可以用于分离和纯化金属离子。例如，在硬水软化 过程中，分子筛可以吸附水中的钙离子和镁离子，从而降低水的硬度。
介孔分子筛催化剂解读ppt课件
出规则孔道、孔壁较厚的 HMS ；
➢ 用可生物降解的非离子表面活性剂为模板剂，在中性条件下， 合成了 MSU
➢ HMS 代表 Hexagonal Mesoporous Silica（六方介孔氧化 硅）
➢ MSU 代表 Michigan State University material（密歇根州
立大学材料）
➢ 20世纪50年代，沸石的人工合成工业化
➢ 20世纪60年代，第一代分子筛催化剂
微
A型、X型、Y型、M型
孔
分
➢ 20世纪70年代，第二代分子筛催化剂
子
以ZSM-5为代表的高硅、三维交叉直孔道的新结构分子筛 筛
➢ 20世纪80年代，第三代分子筛催化剂
磷酸铝（AlPO4）系分子筛 钛硅（TS）分子筛
2024/7/11
将Ti, Zr,
➢ 杂原子的氧化-还原能力 氧化-还原催化反应活性中心 稳定性的变化、亲疏水性质的变化、以及催化活性的
变化等等
➢ 硅系材料可于用催化，分离提纯，药物包埋缓释，气体传感 等领域
2024/7/11
8
火 灾 袭 来 时 要迅速 疏散逃 生，不 可蜂拥 而出或 留恋财 物，要 当机立 断，披 上浸湿 的衣服 或裹上 湿毛毯 、湿被 褥勇敢 地冲出 去
➢ 用不同尺寸的表面活性剂分子作为模板剂 ➢ 孔道的尺寸可在1.5-10nm之间变化
2024/7/11
13
火 灾 袭 来 时 要迅速 疏散逃 生，不 可蜂拥 而出或 留恋财 物，要 当机立 断，披 上浸湿 的衣服 或裹上 湿毛毯 、湿被 褥勇敢 地冲出 去
MCM-41
• containing three or more low angle peaks (below 10° 2θ)
➢ 用可生物降解的非离子表面活性剂为模板剂，在中性条件下， 合成了 MSU
➢ HMS 代表 Hexagonal Mesoporous Silica（六方介孔氧化 硅）
➢ MSU 代表 Michigan State University material（密歇根州
立大学材料）
➢ 20世纪50年代，沸石的人工合成工业化
➢ 20世纪60年代，第一代分子筛催化剂
微
A型、X型、Y型、M型
孔
分
➢ 20世纪70年代，第二代分子筛催化剂
子
以ZSM-5为代表的高硅、三维交叉直孔道的新结构分子筛 筛
➢ 20世纪80年代，第三代分子筛催化剂
磷酸铝（AlPO4）系分子筛 钛硅（TS）分子筛
2024/7/11
将Ti, Zr,
➢ 杂原子的氧化-还原能力 氧化-还原催化反应活性中心 稳定性的变化、亲疏水性质的变化、以及催化活性的
变化等等
➢ 硅系材料可于用催化，分离提纯，药物包埋缓释，气体传感 等领域
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火 灾 袭 来 时 要迅速 疏散逃 生，不 可蜂拥 而出或 留恋财 物，要 当机立 断，披 上浸湿 的衣服 或裹上 湿毛毯 、湿被 褥勇敢 地冲出 去
➢ 用不同尺寸的表面活性剂分子作为模板剂 ➢ 孔道的尺寸可在1.5-10nm之间变化
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火 灾 袭 来 时 要迅速 疏散逃 生，不 可蜂拥 而出或 留恋财 物，要 当机立 断，披 上浸湿 的衣服 或裹上 湿毛毯 、湿被 褥勇敢 地冲出 去
MCM-41
• containing three or more low angle peaks (below 10° 2θ)
分子筛催化剂及其催化作用
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第二节 分子筛催化剂及其催化作用
概述 石： 自然界存在的类似粘土的硅铝酸盐 石特点： 白色（通常）[ 浅粉、棕红、黄色或绿色 ] 玻璃光泽，粒度 0.5～10 µm 硬度：中等（3 ～ 5） [ 金刚石？ ] 比重：2.0～2.5
由SiO4和AlO4四面体骨架共享氧原子而交联， 形成多孔骨架结构 孔道大小均一 无毒无味，无腐蚀性 不溶于水和有机溶剂，溶于强酸、强碱 沸石中由于AlO4四面体有过剩负电荷，由Na+ 、 K+、Ca2+、Sr2+、Ba2+离子中和 沸石的孔有效直径由这些正离子大小和所在晶格 的位置决定
八十年代 —— AlPO4磷酸铝分子筛 第三代新型分子筛 在原有的Si、Al分子筛基础上又引入P元素 已超过二百种骨架，二十四种不同结构（已鉴定出） 性能特点： 为强吸水性，超过碳氢化合物 做载体 与加氢组分一起使用，有利于重质油的深加工
5、九十年代以来
ALPO4系列的开发及应用领域的研究 现有分子筛催化剂进一步改性 抗中毒、择型、抗磨损、防结焦、耐高温 引入更多金属助剂，使其使用性能更广 改进Cat，使其在石化行业有更高的选择性、活性 开辟新的使用领域等
4、类
立体笼形结构：菱沸石、方沸石 层状结构：片沸石 纤维状结构：钠 沸石、钙沸石
3、石存在形式
喷出岩、沉积岩、变质岩、热液矿床、近代温 泉沉积中 目前发现四十多种
人工合成结晶的硅铝酸盐。已有一百多种 化学组成 M x/n [ (AlO2)x(SiO2)y ] zH2O M — 金属阳离子（人工合成分子筛一般为 Na+） n — 金属阳离子价数 x — 铝氧四面体的数目 y — 硅氧四面体的数目 z — 水合水分子数
第四节分子筛简介ppt课件
1988年 Davis成功合成了具有十八元环的VIP-5分子筛
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
4
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
14
§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。
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
4
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。
第三章-II_分子筛催化
(2Agn)+ + H2 (Agn)+ + 2H+
2、沸石分子筛酸性调变
对于其它类型的分子筛，如耐酸性强的分子筛 ZSM-5、丝光沸石等，可以通过稀盐酸直接交换将 质子引入，但该法常导致分子筛骨架脱铝。 这就是NaY要首先变成NH4Y，然后再转化成HY 的原因。 OH基团酸位的比活性，因分子筛而异； 丝光沸石的比活性比Y型的高17倍以上； 菱沸石中OH基的比活性为HY的3倍以上。
目前发现四十多种
4. 分类 立体笼形结构：菱沸石、方沸石;
层状结构：片沸石;
纤维状结构：钠沸石、钙沸石;
5. 分子筛
人工合成的结晶硅铝酸盐。已有一百多种 化学组成 Mx/n [(AlO2)x(SiO2)y] zH2O M — 金属阳离子; n — 金属阳离子价数; x — 铝氧四面体的数目; y — 硅氧四面体的数目; z — 水合水分子数。
主通道
丝光沸石层状结构
高硅沸石-ZSM型分子筛
结构特点
结构单元与丝光沸石相似，
由成对五元环组成，
无笼状空腔，只有通道；
这类分子筛具有憎水性。
ZSM-5型分子筛
常称为高硅型沸石，其Si/Al比可高达50以上；
有两组交叉通道，一种为直通的，另一种为之 字形相互垂直；通道呈椭圆形，窗口直径约为 0.55~0.6nm.
进一步连接成层状结 构。
丝光沸石的结构单元
结构中没有笼。
结构特点：
层状结构中有八元环(孔径2.8Å)，十二元环(平均 孔径6.6Å)（长轴7Å，短轴5.8Å）组成，后者构成丝 光沸石的主孔道。
单胞组成： Na8[Al8Si40O96] · 2O 24H 特点：（Si/Al=5） 主孔道为一维的孔 道，八个Na+,四个位于 主孔道周围的八元环组 成的孔道中，另四个位 臵不定。
2、沸石分子筛酸性调变
对于其它类型的分子筛，如耐酸性强的分子筛 ZSM-5、丝光沸石等，可以通过稀盐酸直接交换将 质子引入，但该法常导致分子筛骨架脱铝。 这就是NaY要首先变成NH4Y，然后再转化成HY 的原因。 OH基团酸位的比活性，因分子筛而异； 丝光沸石的比活性比Y型的高17倍以上； 菱沸石中OH基的比活性为HY的3倍以上。
目前发现四十多种
4. 分类 立体笼形结构：菱沸石、方沸石;
层状结构：片沸石;
纤维状结构：钠沸石、钙沸石;
5. 分子筛
人工合成的结晶硅铝酸盐。已有一百多种 化学组成 Mx/n [(AlO2)x(SiO2)y] zH2O M — 金属阳离子; n — 金属阳离子价数; x — 铝氧四面体的数目; y — 硅氧四面体的数目; z — 水合水分子数。
主通道
丝光沸石层状结构
高硅沸石-ZSM型分子筛
结构特点
结构单元与丝光沸石相似，
由成对五元环组成，
无笼状空腔，只有通道；
这类分子筛具有憎水性。
ZSM-5型分子筛
常称为高硅型沸石，其Si/Al比可高达50以上；
有两组交叉通道，一种为直通的，另一种为之 字形相互垂直；通道呈椭圆形，窗口直径约为 0.55~0.6nm.
进一步连接成层状结 构。
丝光沸石的结构单元
结构中没有笼。
结构特点：
层状结构中有八元环(孔径2.8Å)，十二元环(平均 孔径6.6Å)（长轴7Å，短轴5.8Å）组成，后者构成丝 光沸石的主孔道。
单胞组成： Na8[Al8Si40O96] · 2O 24H 特点：（Si/Al=5） 主孔道为一维的孔 道，八个Na+,四个位于 主孔道周围的八元环组 成的孔道中，另四个位 臵不定。
分子筛(ppt文档)
20世纪50年代中期至80年代初期，微孔分子筛迅速全面，至今已广 泛应用于石油炼制和石油化工等领域； 介孔分子筛
1992年Mobil公司的kresge C T报道了：以表面活性剂作为模板剂 合成了M41S系列介孔分子筛。这标志着介孔分子筛合成的开始。
微孔分子筛将反应物的尺寸限制在约1nm以下，即使通过孔道修饰与 改性也受到原来孔径尺寸的限制而难以改变，介孔分子筛的出现为大 分子反应物参加反应提供了机会。
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。
• 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ZSM-
（4） 碱性催化；
（5）生物催化；
（6）光催化
等。。。。。。
氧化/还原： 众所周知，TS-1和TS-2在烃类的氧化反应中具有独特的催化作用，
然而，由于受催化剂孔径的限制，使得它只限于小分子参与反应。
1992年Mobil公司的kresge C T报道了：以表面活性剂作为模板剂 合成了M41S系列介孔分子筛。这标志着介孔分子筛合成的开始。
微孔分子筛将反应物的尺寸限制在约1nm以下，即使通过孔道修饰与 改性也受到原来孔径尺寸的限制而难以改变，介孔分子筛的出现为大 分子反应物参加反应提供了机会。
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。
• 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ZSM-
（4） 碱性催化；
（5）生物催化；
（6）光催化
等。。。。。。
氧化/还原： 众所周知，TS-1和TS-2在烃类的氧化反应中具有独特的催化作用，
然而，由于受催化剂孔径的限制，使得它只限于小分子参与反应。
分子筛(课堂PPT)
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。
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。
• 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。
****ZSM-5分子筛属于正交晶系，具有比较特殊的结构， 硅氧四面体和铝氧四面体以五元环的形式相连，八个五 元环组成一个基本结构单元，这些结构单元通过共用边 相连成链状，进一步连接成片，片与片之间再采用特定 的方式相接，形成ZSM-5 分子筛晶体结构。因此，ZSM5 分子筛只具有二维的孔道系统，不同于A型、X型和Y 型分子筛的三维结构，十元环是其主孔道，平行于a轴的 十元环孔道呈S型弯曲，孔径为5.4 × 5.6 Å，平行于c轴的 十员环孔道呈直线形，孔径为 5.1 × 5.5 Å。
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。
• 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。
****ZSM-5分子筛属于正交晶系，具有比较特殊的结构， 硅氧四面体和铝氧四面体以五元环的形式相连，八个五 元环组成一个基本结构单元，这些结构单元通过共用边 相连成链状，进一步连接成片，片与片之间再采用特定 的方式相接，形成ZSM-5 分子筛晶体结构。因此，ZSM5 分子筛只具有二维的孔道系统，不同于A型、X型和Y 型分子筛的三维结构，十元环是其主孔道，平行于a轴的 十元环孔道呈S型弯曲，孔径为5.4 × 5.6 Å，平行于c轴的 十员环孔道呈直线形，孔径为 5.1 × 5.5 Å。
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
分子筛催化优秀课件
分子筛催化优秀课件
一、概述
1. 沸石：
自然界存在的类似粘土的硅铝酸盐，因结构中含有 大量的结晶水在加热时可除去，故称为沸石。
2. 沸石特点： ➢ 白色（通常）[ 浅粉、棕红、黄色或绿色 ]； ➢ 玻璃光泽，粒度0.5～10µ； ➢ 硬度：中等； ➢ 比重：2.0～2.5； ➢ 由SiO4和AlO4四面体骨架共享氧原子而交联形成多 孔骨架结构；
α笼，α笼之间通道有一个
8元环的窗口，其直径约 为4Å。
单胞组成： Na96 [Al96Si96O384] ·216 H2O Si/Al=1.0
笼平均含： Na12 [Al12Si12O48] ·27 H2O
12个Na+分布: 8个a 笼的 8个六个元环上 4个分布在 4个八元环上
5A：A型沸石上70% Na+被Ca+2交换，八元环孔径可 增至5A。
3A：A型沸石上70% Na+被K+交换。
八面沸石
骨架： 六方柱笼将β笼联结在一起，其中一个β笼居中心， 其余β笼位于顶点。
形态：
金刚石型结构（属立方晶 系）
主晶穴：
β笼和六方柱笼形成大的八 面沸石笼，它们相通的窗孔 为12元环，平均孔径8～9Å。
X型沸石
Na86[Al86Si106O384]· 264H2O
② 可组成八面沸石、 菱沸石、毛沸石…
➢八角柱笼
① 二个八元环， 八个四元环；
② 组成方碱沸石。
γ笼
① 3个八元环，2个六 元环，9个四元环组 成的十四面体结构；
②可组成钠菱沸石、 菱钾沸石；
③笼腔体积较小。
β笼（又称削角八面体）
① β笼是最重要的一种
孔穴；可构成A型、X
型、Y型沸石；
一、概述
1. 沸石：
自然界存在的类似粘土的硅铝酸盐，因结构中含有 大量的结晶水在加热时可除去，故称为沸石。
2. 沸石特点： ➢ 白色（通常）[ 浅粉、棕红、黄色或绿色 ]； ➢ 玻璃光泽，粒度0.5～10µ； ➢ 硬度：中等； ➢ 比重：2.0～2.5； ➢ 由SiO4和AlO4四面体骨架共享氧原子而交联形成多 孔骨架结构；
α笼，α笼之间通道有一个
8元环的窗口，其直径约 为4Å。
单胞组成： Na96 [Al96Si96O384] ·216 H2O Si/Al=1.0
笼平均含： Na12 [Al12Si12O48] ·27 H2O
12个Na+分布: 8个a 笼的 8个六个元环上 4个分布在 4个八元环上
5A：A型沸石上70% Na+被Ca+2交换，八元环孔径可 增至5A。
3A：A型沸石上70% Na+被K+交换。
八面沸石
骨架： 六方柱笼将β笼联结在一起，其中一个β笼居中心， 其余β笼位于顶点。
形态：
金刚石型结构（属立方晶 系）
主晶穴：
β笼和六方柱笼形成大的八 面沸石笼，它们相通的窗孔 为12元环，平均孔径8～9Å。
X型沸石
Na86[Al86Si106O384]· 264H2O
② 可组成八面沸石、 菱沸石、毛沸石…
➢八角柱笼
① 二个八元环， 八个四元环；
② 组成方碱沸石。
γ笼
① 3个八元环，2个六 元环，9个四元环组 成的十四面体结构；
②可组成钠菱沸石、 菱钾沸石；
③笼腔体积较小。
β笼（又称削角八面体）
① β笼是最重要的一种
孔穴；可构成A型、X
型、Y型沸石；
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多元环最大直径
环的元数 四元环 五元环 六元环 八元环 十元环
最大直径
1.15 1.6
2.8
4.5
6.3
Å
十二元环 8.0
3、笼结构
二级结构通过氧桥相互联结，形成三维空间的多 面体结构。是分子筛结构的第三层次。 ➢ 四方体笼
① 六个四元环组成 ② 是组成A型和P型
沸石的骨架
➢六方棱柱笼
① 二个六元环；六个四 元环组成；
➢ 改进Cat，使其在石化行业有更高的选择性、活 性;
➢ 开辟新的使用领域等。
三、分子筛沸石的结构特点
1、基本结构单元
以Si和Al原子为中心的正四面体SiO4，AlO4，构成 分子筛的骨架 。
2、环结构
硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥形成。环是分子 筛结构的第二层次，是分子筛的通道口，对分子筛起筛 分作用。
③ 笼腔直径6.6Å，有 效体积160Å3 ；
④ 只允许NH3、H2O等 尺寸较小的分子进入。
① 空腔6个八元环，8个
α笼
六元环和12个四元环
组成的二十六面体；
是A型沸石的主晶穴。
② 空腔体积760 Å3，笼 的平均直径11.4Å， 最大孔口八元环孔径 4.2Å。
➢ ① 是 构 成 X- 型 和 Y- 型 分子筛骨架结构的主 要孔穴；
② 可组成八面沸石、 菱沸石、毛沸石…
➢八角柱笼
① 二个八元环， 八个四元环；
② 组成方碱沸石。
γ笼
① 3个八元环，2个六 元环，9个四元环组 成的十四面体结构；
②可组成钠菱沸石、 菱钾沸石；
③笼腔体积较小。
β笼（又称削角八面体）
① β笼是最重要的一种
孔穴；可构成A型、X
型、Y型沸石；
② 8个六元环，6个四 元环，组成的十四面体；
②空腔 4个十二元环，4 个六元环，18个四元 环组成的二十六面体；
③空腔体积 850Å3，平均 直径12.5Å，八面沸石 笼最大窗孔为十二元 环，孔径7.4 ～9Å
八面沸石笼
A型沸石
骨架： 8个β笼，12个四方体笼通过氧桥相互联结。
形态：立方晶系。
主晶穴：
八个β笼连接形成方钠 石结构，中心有一个大的
第6章 分子筛
一、概述
1. 沸石：
自然界存在的类似粘土的硅铝酸盐，因结构中含有 大量的结晶水在加热时可除去，故称为沸石。
2. 沸石特点： ➢ 白色（通常）[ 浅粉、棕红、黄色或绿色 ]； ➢ 玻璃光泽，粒度0.5～10µ； ➢ 硬度：中等； ➢ 比重：2.0～2.5； ➢ 由SiO4和AlO4四面体骨架共享氧原子而交联形成多 孔骨架结构；
二、发展史
1、五十年代 — 沸石 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： 脱蜡：异构烷中分离正构烷； 从混合二甲苯中分离对二甲苯（KBaY分子筛）
2、六十年代 — 人工合成工业催化剂
Y型分子筛：人工合成沸石分子筛。 主要应用领域：
12O48·27H2O
➢ 在型号前冠以分子筛孔径大小
4A Na12Al12Si12O46·27H2O 孔径 4Å
5A 70% Na 被 Ca交换
孔径 5Å
3A 66% Na 被 K 交换
孔径 3Å
➢ 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 P 取代L 型分子筛中部分 Si K22[(AlO2)34(SiO2)25(PO2)13]·42H2O
积中。 目前发现四十多种
4. 分类 立体笼形结构：菱沸石、方沸石; 层状结构：片沸石; 纤维状结构：钠沸石、钙沸石;
5. 分子筛
人工合成的结晶硅铝酸盐。已有一百多种 化学组成
Mx/n [(AlO2)x(SiO2)y] zH2O
M — 金属阳离子; n — 金属阳离子价数; x — 铝氧四面体的数目; y — 硅氧四面体的数目; z — 水合水分子数。
在原有的Si、Al分子筛基础上又引入P元素。已 超过二百种骨架，二十四种不同结构。 性能特点：
①为强吸水性； ②做载体； ③与加氢组分一起使用，用于重质油的深加工。
5、九十年代以来
➢ AlPO4系列的开发及应用领域的研究; ➢ 现有分子筛催化剂进一步改性; ➢ 抗中毒、择形、抗磨损、防结焦、耐高温; ➢ 引入更多金属助剂，使其使用性能更广;
➢ 孔道大小均一；
➢ 无毒无味，无腐蚀性；
➢ 不溶于水和有机溶剂，溶于强酸、强碱； ➢ 沸石中由于AlO4四面体有过剩负电荷，由Na+ 、
K+、Ca2+、Sr2+、Ba2+离子中和；
➢ 沸石的有效孔直径由这些正离子大小和所在晶格 的位置决定。
3. 沸石存在形式
喷出岩、沉积岩、变质岩、热液矿床、近代温泉沉
α笼，α笼之间通道有一个
8元环的窗口，其直径约 为4Å。
单胞组成： Na96 [Al96Si96O384] ·216 H2O Si/Al=1.0
笼平均含： Na12 [Al12Si12O48] ·27 H2O
12个Na+分布: 8个a 笼的 8个六个元环上 4个分布在 4个八元环上
5A：A型沸石上70% Na+被Ca+2交换，八元环孔径可 增至5A。
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。
3、七十年代—工艺路线、产品质量改进
ZSM-5型高硅分子筛 ～ 防结焦
Si/Al 高50以上，为交叉通道，使Cat具有更高选择性及 活性，抗中毒性能。
例：甲苯乙烯烷基化生产对甲乙苯的反应，脱氢后甲基苯乙 烯是优良的高分子材料
4、八十年代——AlPO4分子筛 第三代新型分子筛
3A：A型沸石上70% Na+被K+交换。
八面沸石
骨架： 六方柱笼将β笼联结在一起，其中一个β笼居中心， 其余β笼位于顶点。
形态：
金刚石型结构（属立方晶 系）
主晶穴：
β笼和六方柱笼形成大的八 面沸石笼，它们相通的窗孔 为12元环，平均孔径8～9Å。
X型沸石
Na86[Al86Si106O384]· 264H2O
常见形式: A型、X型、Y型、M型、ZSM-5型等。 命名： ➢ 研究者发明所用符号 A型、X型、M型、ZSM-5型、MCM-41、SBA-15等 ➢ 离子交换，冠原型号所交换的离子元素
CaA、HY、NH4Y 等. ➢ 化学组成标明交换度
A型分子筛: Na12Al12Si12O48 ·27H2O 33%Na被Ca交换