第四节 分子筛简介
分子筛简介
0.94 B(2 ) ( L cos )
吸附分析
吸 附 量
相对压力
电子显微技术
A型分子筛扫描电镜照片
透射电镜
X型分子筛透射电镜照片
A型分子筛透射电镜照片
核磁共振
在强磁场中，原子核发生能级分裂，当吸收外来电磁辐射 时，将发生核能级的跃迁。核磁共振是研究原子核对射频辐射 的吸收，产生核磁共振现象。与紫外和红外光谱法类似，它也 属于吸收光谱，只是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射 频辐射的吸收。它是对各种有机和无机物的组成、结构进行定 性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。 固体核磁共振的测量不受样品状态的限制，灵敏度较高， 常规测试简便、快速，可以获得分子筛的结构、化学组成、催 化行为等多方面的信息。固体核磁共振是 X 射线衍射的一个重 要补充，由于它适用于晶体也适于无定形。 X射线衍射提供关 于长程的有序和周期性信息，而核磁共振研究材料的短程结构。
几种常见分子筛结构
FAU （X、Y型分子筛）
LTA （3A、4A、5A分子筛） MFI （ZSM-5）
FAU
LTA
LTA——3A
K+
LTA——3A
钾交换度对吸附量的影响 1. H2O（4.5毫米汞柱，25℃）； 2. CH3OH（4毫米汞柱，25℃）；3. CO2 （700毫米汞柱，25℃）；4.C2H4（700毫米汞柱，25℃）；5. C2H6（700毫米 汞柱，25℃）；6. O2（700毫米汞柱，-183℃）
沸石分子筛及其应用介绍
刘阳
分子筛组成与结构简介
分子筛起源
水热合成历史
沸石的合成工作，早在十九世纪末就有人进行过 ,由于 最初发现天然沸石存在于地下深部的火山岩孔洞中，从而 推断它是在高温、高压条件下形成的。因此，初期的合成 沸石工作，都是模拟地质上生成沸石的环境进行的，即采 取的是高温水热合成技术。合成反应温度在 150 ℃以上， 虽然成功地合成出几种沸石，但要在工业上实现高温、高 压操作工艺，当时是比较困难的．
分子筛简介
M41s（MCM-41、MCM-22等）介孔分子筛 HMS介孔分子筛
SBA介孔分子筛
……
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
x y m
— 金属阳离子价态
— Al 原子的数目 — Si 原子的数目 — 水分子数目
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
3、笼结构
环通过氧桥连接成三维空间的多面体（笼）
四、分子筛的性质
1、吸附特性
高效吸附
分子筛骨架内孔体积占总体积的
40-50%，比表面积很大（5001000m2/g），而且主要为晶内表 面（外表面占总表面不足1%）
不同吸附剂对水的吸附等温线
分子筛内部具有强静电场，吸附
作用力除色散力外，还有静电 力 —— 对极性分子或易极化分 子（不饱和烃、含苯基的分子等） 而言
Na+
交换度 % =
交换度
交换下来的 Na2O 量 原来分子筛含的Na2O 的量 100%
Me x/n [ (AlO2) x (SiO2) y ] m H2O 人工合成分子筛时，多以Na+来平衡三 维阴离子骨架的负电荷，然而 Na型分 子筛无酸性，其催化性能不好
交换度影响因素
CO2（0.28nm）
不同吸附剂对水的吸附等压线
分子筛介绍
分子筛介绍嘿，朋友们，今天咱们来聊聊一个听起来挺高大上，但实际上在咱们生活中无处不在的小东西——分子筛。
你或许没直接见过它，但它却在很多方面默默地为咱们服务，简直就像个低调的超级英雄。
想象一下，你手里拿着一把沙子，但这可不是普通的沙子，它是经过特殊处理的，拥有神奇的力量，能够分辨出空气中的不同分子，然后把咱们不需要的那些给“筛”掉。
没错，这就是分子筛的本事。
它就像是自然界里的“超级分拣员”，只不过它分拣的不是快递包裹，而是分子。
分子筛这东西，其实是由一堆超小的晶体颗粒组成的。
这些晶体颗粒内部有着复杂的结构，就像是一个个迷宫一样。
当空气或者其他气体通过这些迷宫时，不同的分子会因为大小、形状或者对迷宫的“喜好”不同，而走上不同的路。
这样一来，分子筛就能把咱们想要的气体留下来，把不需要的给排除掉。
你可能会问，这玩意儿到底有啥用呢？嘿，用处可大了去了。
咱们家里的空气净化器，里面就有分子筛的身影。
它能把空气中的灰尘、花粉、细菌这些不速之客给过滤掉，让咱们呼吸的空气更加清新。
还有啊，汽车尾气处理系统里也有它，能把那些有害的气体给转化成无害的，让咱们的城市空气更加干净。
不仅如此，分子筛在工业生产中也是个大明星。
比如，在石油炼制过程中，它能帮助咱们把原油里的不同成分给分离出来，得到汽油、柴油这些咱们日常用的燃料。
还有啊，在制造半导体材料的时候，分子筛也是必不可少的帮手，它能确保生产出来的芯片纯净无瑕，性能杠杠的。
你可能会觉得，分子筛这么神奇，那它一定很贵吧？其实啊，分子筛的价格并没有咱们想象的那么高。
随着科技的发展，生产分子筛的成本越来越低，它也越来越普及了。
现在，很多家庭都能用得起带有分子筛技术的产品，享受它带来的便利和舒适。
说到这，我得提一句，分子筛虽然厉害，但它也不是万能的。
它只能根据分子的大小、形状来筛选，对于那些化学性质相似的分子，它可就有点力不从心了。
不过，这并不影响它在咱们生活中的重要地位。
毕竟，没有哪个超级英雄是完美的，对吧？总之，分子筛这个小东西，虽然平时不显山不露水，但它却在咱们的生活中发挥着巨大的作用。
分子筛相关介绍
分子筛狭义上讲，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相连而形成。
分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。
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。
由于分子筛具有吸附能力高，热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点，使得分子筛获得广泛的应用。
分子筛的种类1.分子筛有天然沸石和合成沸石两种。
2.商品分子筛常用前缀数码将晶体结构不同的分子筛加以分类，如3A型、4A型、5A型分子筛。
4A型即表中A类，孔径4Å；。
含Na+的A型分子筛记作Na-A，若其中Na+被K+置换，孔径约为3Å；，即为3A型分子筛；如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置换，孔径约为5Å；，即为5A型分子筛。
分子筛合成方法①水热合成法用于制取纯度较高的产品，以及合成自然界中不存在的分子筛。
将含硅化合物（水玻璃、硅溶胶等）、含铝化合物（水合氧化铝、铝盐等）、碱（氢氧化钠、氢氧化钾等）和水按适当比例混合，在热压釜中加热一定时间，即析出分子筛晶体。
合成过程可用下式表示：工业生产流程中一般先合成Na-分子筛，如13X型与10X型分子筛的合成（见图）。
在水热合成过程中添加某些添加剂可以改变最终产品的结构，如加入季胺盐可得到ZSM-5型分子筛。
②水热转化法在过量碱存在时，使固态铝硅酸盐水热转化成分子筛。
所用原料有高岭土、膨润土、硅藻土等，也可用合成的硅铝凝胶颗粒。
此法成本低，但产品纯度不及水热合成法。
③离子交换法通常在水溶液中将Na－分子筛转变为含有所需阳离子的分子筛，通式如下：式中Z-表示阴离子骨架，Me+表示需交换的阳离子，例如NH嬃、Ca2+、Mg2+、Zn2+等，原料通常为中空玻璃分子筛氯化物、硫酸盐、硝酸盐。
分子筛制氧机原理简介
1、分子筛简介分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。
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。
由于分子筛具有吸附能力高，热稳定性强等其它吸附剂所没有的优点，使得分子筛获得广泛的应用。
分子筛结构图2、制氧分子筛5A小型制氧分子筛是一种特制的5A分子筛，是专为医疗保健制氧机而生产的，该分子筛具有制氧纯度高、速度快、使用寿命长的特点，是5A分子筛在医疗保健行业的一个重要应用。
化学式：4/5CaO·1/5Na2O·Al2O3·2 SiO2硅铝比：SiO2/Al2O3≈2有效孔径：约5A应用：除具有一般5A分子筛的特性外，主要用于变压吸附制氧。
3、小型分子筛制氧机的发展历程1962年美国联合碳化物公司（UCC）发现了分子筛对气体的选择性特性，并在实验设备上实现了对少数不同气体的分离；随即研制成功了世界上第一台制氢工业装置；随着分子筛材料与工艺的不断提升，70年代中期美国和德国首先将PSA技术应用于空气分离并在化工领域得到应用，到80年代中期化学工业的发展为分子筛的性能提高起到了关键作用，这使设备小型化成为可能，1985年美国的Praxair公司研制的第一台小型制氧机的问世标志着PSA技术小型化的开始，90年代初产品意义上的医用小型制氧机开始出现，美国材料实验学会（ASTM）于1993年颁布了医用小型制氧机标准规范（F1464-1993），国际标准组织于1996年发布了医用小型制氧机的安全性标准（ISO8359：1996）。
目前我国只有国家药品管理局颁布的《YY/T0298—1998医用分子筛制氧设备通用技术规范》，还没有相应的与国际接轨的医用小型制氧机行业或产品标准。
美国《F1464—1993》标准及国际标准《ISO8359：1996》两个标准的一个共同特点是对制氧机做了以下几点强制性规范，而我国《YY/T0298—1998》则没有强制性要求：A.产品必须设计有不可更改的累计计时功能。
分子筛
分子篩(Molecular Sieves)一、簡介：分子篩為矽鋁金屬化合物之結晶產物，由Union Carbide公司於1954年研發出之產品；分子篩表面佈滿孔洞，依孔徑大小可吸收不同大小及不同極性之分子，目前除乾燥系統廣泛使用外，已發展應用至製程分離(直鏈Paraffins自支鏈及環狀物中分離)及觸媒商業運轉領域。
二、發展史：分子篩屬沸石(Zeolites)的一種，早在二世紀前已被發現其加熱釋放水、冷卻吸收水份之特性，1920年始發現沸石可吸收/釋放其它化合物，1930年代早期由於X-ray Diffraction分析技述的發展，揭發了沸石的基本構造，沸石為一結晶物質，每一結晶體中排列佈滿坑洞與洞穴，1948年Union Carbide公司研發單位對其吸收大氣水份與工業上之應用感到興趣，但是天然沸石的稀少性與物理化學性質的不穩定性，限制了其商業應用的實用價值，因此Union Carbide公司自行發展出純沸石的合成方法與經濟的純化製程用以生產合成沸石，1953年已有超過30種獨特的純沸石種類被製造出來，在當時化學工業觀點看來奇特、未知的物質，皆已陸續登錄於Composition-of-Matter Patents 中。
在缺乏沸石基本資料情況下，Union Carbide公司研發團隊不只需要瞭解其結構與吸收特性，還需進一步研發其再生方式、如何在運轉過程中不會影響其吸收特性、發展出可靠之生產技術與應用領域之推廣等；1954年三種產品開始商業上推廣試用於化工及石化業，該年9月份有80%試用的公司立即給予正面的評價，並Order更多之測試與試用，以期解決其氣體純化與除水問題，此不尋常之回應鼓舞了Union Carbide公司去建立商業上應用的決心，自此Union Carbide公司持續性的增加分子篩在工業上應用的領域與效能，並發展出各種類型之分子篩產品。
三、結晶結構(Crystal Structure)：分子篩為一結晶沸石(Zeolites)，其基本分子式如下：M2/n O.Al2O3.xSiO2.yH2OM：Cation of n Valence雖然在結構上類似Gel type Amorphous Alumino-Silicates(一般通稱為沸石，一般應用於軟水劑)，但此類沸石內含之孔洞較寬(20~10000Å)，無選擇性吸收效果。
分子筛知识介绍
！
负
自
任
责
P MAS NMR (TMP/H-ZSM-5/26) www部.ch交e流m资j.c料n，外传
31
内
Assignments
-4 ppm:
B L Spinning Rate = 7 kHz
TMPH+/Brønsted acid sites -50 ppm:
CP/MAS
TMP/Lewis acid sites
XRD测定结晶度
Sum of peak heights (unknown) % Crystalinity =
Sum of peak heights (standard)
一般测定8个主峰即可
也可用于测定杂晶相对结晶度
DICP
！ 负 自 任 责 www部.ch交e流m资j.c料n ，外传 内
XRD测定Si/Al比
Spinning Rate = 5.0 kHz
HZSM-5/75
*
*
120 80
40
0
-40
Chemical shift (ppm)
Spinning Rate = 5.5 kHz
！ 负 自 任 责 www部.ch交e流m资j.c料n ，外传 内
Introducing the Players
O
TMPO
** *
HZSM-5/26
** *
HZSM-5/75
** *
*
¾ TMPO can probes both
internal and external
acid sites
¾ Upto five 31P resonance were
**
observed @ 86, 75, 67, 63 and
工业催化--第四章-分子筛及其催化作用
笼总共由12个四元环、8个 六元环和6个八元环组成的26 面体。
分子筛的四种结构层次总结
TO4 多元环 笼
分子筛
A型分子筛的晶体结构
将笼置于立方体的8个顶点上，相 互之间以四元环通过立方体笼连接 起来，就得到A型分子筛的晶体结构。
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/nO •Al2O3 •xSiO2 • yH2O
式中， M-金属阳离子， 如Na+、 K+、Ca2+等，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。
分子筛的结构构型
分子筛的第一结构层次- TO4四面体
构成分子筛骨架结构的最基本单元是TO4四面体，四 面体的中心原子T (T=Si、Al、P、Ga、B、Ti、Fe、 V等元素)， TO4四面体通过氧桥相互连接。
硅铝酸盐分子筛骨架结构的基本单元是硅氧四面体 和铝氧四面体；磷酸铝分子筛的基本单元是磷氧四 面体和铝氧四面体。
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、 Y-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。
笼按上述方式联结时围成了一个二十六面体笼，称为八面沸石笼或超笼， 直径1.8nm，是八面沸石的主要孔笼。
分子筛
4.骨架密度
定义：每1000Å3体积内四面体配位的T原子的数目 骨架密度的值与孔体积相关，但它并不能反应出孔口的 尺寸
4.几种重要的分子筛结构
A型沸石(LTA): 属于类似NaCl立方晶系结构 基本组成单元：含192个正四面体，相当于8个笼， 分别位于立方体的顶点上，以四元环通过TOT键 相互联结，围成一个笼 孔道：互相垂直的三维孔道体系，主孔道为八元 环，孔径约0.42nm， Si/Al=1:1
同晶取代的机制分三种： 取代Al（SMⅠ机制） 取代P（SMⅡ机制） 取代Al+P（SMⅢ机制）
取代机制的类型取决于元素的价态， 而不是离子半径
2.阳离子在结构中的分布与位置
平衡硅酸盐分子筛骨架负电荷的阳离子位于分 子筛的孔道和笼之中,阳离子的数目以及位置影 响分子筛的各种性能，如离子交换性和催化性 能。
2.配位序
在一个典型的分子筛骨架中，每一个T原子与N1=4个邻近的T原 子通过氧桥连接，这些邻近的T原子又以同样的方式连接到下一壳 层的N2个T原子，后者又连接到下一个壳层的N3个T原子，以此类推， 每个T原子的配位序可以被定下来，它遵循 N0=1，N1≤4，N2≤12，N3≤36，Nk≤4·3k-1
由方钠石笼构成的分子筛结构
分子筛中常见的笼形结构单元 Nhomakorabea.特征的链状结构单元
5.特征的层状结构单元
分子筛的结构也可以用一些二维三连接的网层来描述，三维 四连接的骨架结构,可以看作是由平行堆积的二维三连接网层,通 过上下取向的三连接顶点间相互连接而形成
第二节：分子筛的组成
1.骨架的组成
硅铝酸盐分子筛的骨架由SiO4四面体和AlO4四面体组成 两个铝原子不能相邻
分子筛与多孔材料化学
分子筛简介
分子筛一、概念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，而把比孔道大的分子排斥在外,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。
二、常见型号方钠型，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。
三、种类分子筛有天然沸石和合成沸石两种。
①天然沸石大部分由火山凝灰岩和凝灰质沉积岩在海相或湖相环境中发生反应而形成。
目前已发现有1000多种沸石矿，较为重要的有35种，常见的有斜发沸石、丝光沸石、毛沸石和菱沸石等。
主要分布于美、日、法等国，中国也发现有大量丝光沸石和斜发沸石矿床，日本是天然沸石开采量最大的国家。
②因天然沸石受资源限制，从20世纪50年代开始，大量采用合成沸石。
四、分子筛中的吸附吸附作用源于吸附质分子与吸附剂表面之间的作用力；根据作用力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附。
在分子筛作为吸附剂用于分离过程时，主要是物理吸附，用作催化剂时会涉及到化学吸附。
对客体分子在分子筛内的吸附行为，国内外有大量研究者通过理论、实验及分子模拟等方法进行了研究。
其中，对一定温度下，吸附质吸附量随其压强或化学势的变化关系一吸附等温线的研究是非常重要的内容。
此外，相关研究还包括客体分子的吸附热、Henry常数、吸附位、吸附选择性、吸附质与吸附剂之间的相互作用等。
分子筛结构和性质
分子筛结构和性质分子筛是一种由无机合成的高度有序、多孔的晶体结构材料，具有特殊的孔结构和吸附性能。
它以其丰富的孔道结构和特殊的化学组成而在催化、吸附分离、分子检测以及生物医学等领域得到广泛应用。
在下面的文章中，我将详细介绍分子筛的结构和性质。
首先，让我们来了解分子筛的结构。
分子筛的结构由无机氧化物组成，主要包括硅、铝等元素，常见的分子筛成分有沸石、SAPO、MAPO等。
分子筛具有三维的有序孔道结构，孔道结构可以分为微孔、介孔和大孔。
在微观层面上，分子筛的结构可以看作是由多种不同大小孔道交错组成的网状结构。
这种孔道结构的具体形状和尺寸可以通过合成过程中的模板选择和合成条件来调控。
此外，分子筛的结构中常见的有晶格孔、缺陷孔和层间孔。
其次，让我们来了解分子筛的性质。
分子筛具有许多独特的性质，主要包括吸附性能、催化性能、选择性和分子识别性能。
分子筛的吸附性能是它最重要的特性之一，它可以通过其孔道结构选择性地吸附不同大小、极性和形状的分子。
分子筛的催化性能主要体现在其对分子间相互作用的选择性控制和催化反应的有效性。
分子筛催化剂可以通过表面酸性和结构上的局部环境调控，实现对反应物的选择性吸附和反应速率的控制。
此外，由于分子筛结构的独特性质，它在分子分离、气体和液体吸附以及分子检测等方面具有广泛的应用。
分子筛的独特性质还体现在其对分子大小和极性的选择性吸附。
由于其孔道结构和表面电荷分布的差异，不同类型的分子筛对不同大小的分子具有选择性吸附能力。
这种选择性使得分子筛可以用于分子分离、去除杂质以及储存和释放分子等应用。
此外，分子筛还可以通过调整合成条件和晶体结构，来实现不同孔径和孔隙分布的调控。
这种调控性使得分子筛可以应用于不同领域和不同需求的研究。
另一方面，分子筛的结构和性质与其应用密切相关。
例如，在催化反应中，分子筛的结构可以影响反应的选择性和活性。
通过调控分子筛的孔道结构和表面酸性等特性，可以实现对反应物的选择性吸附和反应速率的调控。
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
分子筛的用途-概述说明以及解释
分子筛的用途-概述说明以及解释1.引言1.1 概述分子筛是一种由特定晶格结构的无机固体组成的材料，具有高度有序的孔道和空隙结构。
这些孔道和空隙的大小可以通过调节晶格结构的方式来控制，从而使其具有特定的分子选择性和吸附性能。
随着科学技术的不断发展，分子筛在各个领域都有着广泛的应用。
首先，分子筛在催化领域的应用非常广泛。
由于其特殊的孔道结构和表面活性，分子筛可以作为催化剂载体或催化剂本身来提高反应速率和选择性。
例如，分子筛可以用于裂化和异构化催化剂，用于合成高附加值化合物的催化剂以及净化废气和废水中有害物质的催化剂等。
此外，分子筛还可以用于催化反应的反应器、催化剂的再生和分离等方面，为催化领域的发展做出了重要贡献。
其次，分子筛在吸附分离领域也有着广泛的应用。
由于其特殊的孔道结构和选择性吸附性能，分子筛可以用于气体和液体的吸附分离。
例如，在石油和化工领域，分子筛可以用于天然气的脱水和脱硫处理，有机物的分离提纯，以及制取高纯度气体等。
此外，分子筛还可以用于水处理、环境保护、生物医药和食品工业等领域，为提高产品质量和减少污染物的排放做出了重要贡献。
总的来说，分子筛作为一种具有特殊结构和性能的材料，在催化和吸附分离领域有着广泛的应用。
它的应用不仅能够提高反应速率和选择性，还可以实现气体和液体的高效分离和纯化。
尽管分子筛在各个领域已取得了重要的进展，但仍然存在一些局限性和挑战，如材料制备的难度、稳定性和再利用性等。
因此，未来需要进一步深入研究和改进分子筛的制备方法和性能，以实现其更广泛的应用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以写为：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分首先对分子筛的概述进行介绍，包括其基本原理和应用领域的广泛性。
接下来，介绍文章整体的结构，包括各个部分的内容和论述的主旨。
最后，明确本文的目的，即通过对分子筛的研究和应用进行综述，深入探讨其用途和局限性，以及未来的发展方向。
正文部分将分为三个小节。
分 子 筛
，使得分子筛获得广泛的应用。
• 在生物大分子领域，常见的有bio-rad SEC分子筛预装柱。
• 美国科学家发现，通过调整温度，能够精确地控制一种钛
硅酸盐材料中的孔洞大小，制造出精密的新型分子筛。 一 些晶体材料内部有着大量均匀的微孔，尺寸比孔洞小的分 子能够穿过，而大分子不能穿过，因此可以起到分离不同 分子的作用，这类材料被称为分子筛。
的Na+被Ca2+置换，孔径约为5Å ；，即为5A型分子筛。
分子筛
分子筛概念：
• 由于含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的
水，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，而把比孔道大的分子排
斥在外，因而能把形状直径大小不同的分子，极性程度不
金属阳离子（如 Na+，K+，Ca2+，Li+ 等），以平衡晶体中多
余的负电荷。分子筛的类型按其晶体结构主要分为：A型，X 型，Y型等。
工作原理：
• 吸附功能：分子筛对物质的吸附来源于物理吸附（范德华 力），其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场，对极性分 子（如水）和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。
面有很高的酸浓度与酸强度，能引起正碳离子型的催化反
应。当组成中的金属离子与溶液中其他离子进行交换时， 可调整孔径，改变其吸附性质与催化性质，从而制得不同 性能的分子筛催化剂。
分子筛适用范围和特点：
• 分子筛在冶金，化工，电子，石油化工，天然气等工业中广 泛使用。 • 可作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等。 • 分子筛（又称合成沸石）是一种硅铝酸盐多微孔晶体。它是 由硅氧、铝氧四面体组成基本的骨架结构，在晶格中存在着
第四节 分子筛简介
Chapter 3
p区元素化学
§3-4
分子筛化学
1949~1954年间 Milton和Breck研制了一系列有工业应用价值的沸石， 称之为Linde A，X和Y型沸石 1959年 UCC公司首次推出名为Isosiv的正异构烷烃分离工艺 1962年 Mobil Oil公司将合成X型沸石用于制造催化裂化催化剂 1967~1969年 Mobil Oil公司发明了制备高硅ZSM-5沸石的方法 1982年 Wilson等报道了AlPO4分子筛的研究，随后又介绍了与其相似 的SAPO、MeAPO、MeAPSO、ElAPO、ElAPSO分子筛 1983年 Taramasso成功合成了钛硅分子筛，称为TS-1 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
斜发沸石
丝光沸石
毛沸石
3
菱沸石
Chapter 3
p区元素化学
§3-4
分子筛化学
• 沸石分子筛的发展历史
1756年 瑞典矿物学家Cronstedt发现天然硅铝酸盐矿物
1840年 Damour首先注意到沸石晶体具有可逆的吸脱水作用
1858年 Eichhorn发现天然沸石与土壤一样有离子交换性质 1862年 St. Claire-Deville首次用水热方法合成了插晶菱沸石 1930年 Taylor和Pauling用X射线方法测定了第一个沸石晶体结构 1932年 McBain最早提出了“分子筛”这个专用名词 20世纪30~40年代 英国科学家Barrer在沸石的吸附和水热合成方面进行了大 量引人注目的开创性研究，对已知的沸石按其对不同尺寸分子分能力进行了 系统的分类 1948年 Barrer首次报道了天然丝光沸石的人工合成
分子筛结构和性质
分子筛结构和性质分子筛是一种孔隙具有有序结构的固体材料，由正交的SiO4和AlO4四面体串联而成。
它广泛应用于分离、吸附、催化等领域，并且具有高稳定性、可调孔径和较大比表面积等优点。
本文将从分子筛的结构和性质两个方面进行详细介绍。
一、分子筛结构1.晶体结构：分子筛晶体结构通常由正交SiO4和AlO4四面体组成。
这些四面体以共边连接形成无限长链，然后通过氧桥键连接成为三维网络。
其中的硅原子可以由铝原子部分取代，形成Si/Al沙雷尔振荡序列，其比例可以调控孔径大小和化学性质。
2.单元胞：分子筛的最小单元胞可由1-3个四面体组成。
其中最基本的单元胞是由一对四面体组成的12元环单元胞，被称为LTA (Linde Type A) 结构。
12元环单元胞是最简单也是最常见的分子筛单元胞，孔径为4.2Å，用于许多应用中。
3.框架类型：分子筛可以分为许多不同的框架类型，例如：ZSM、MFI、Y等。
不同的框架类型能够提供不同的孔径大小和形状，适用于不同的应用需求。
例如，ZSM-5具有较小的孔径(约为0.5nm)，适用于分离和催化反应；而Y型分子筛具有较大的孔径(约为1.2nm)，适用于吸附和催化反应。
二、分子筛性质1.孔隙结构性质：分子筛具有调控孔径和孔隙结构的能力，可以根据需要设计孔隙结构的大小和形状。
例如，通过选择不同的硅铝比和晶格构造，可以调控孔隙结构的大小，使其适应不同大小的分子。
这种可调控的孔隙结构性质使分子筛在分离、吸附等领域具有广泛的应用前景。
2.表面特性：分子筛具有较大的比表面积，通常可以达到500-800m2/g。
这种较大的比表面积可以增加底物分子与分子筛表面的接触面积，提高吸附、分离和催化反应的效率。
此外，分子筛表面上的羟基和酸性中心可以提供活性位点，实现催化反应。
3.热稳定性：分子筛具有较高的热稳定性，能够在较高温度下保持其结构不变。
这种热稳定性使得分子筛可以在高温催化反应中应用，例如催化裂化反应和选择性催化还原反应等。
分子筛基础知识演示文稿
D
α笼
八元环
金属阳离子
由于铝氧四面体带一单位负电荷，需要阳 离子来平衡整个晶体结构 它们在分子筛骨架结构中的位置，对分子 筛的性质影响巨大
金属阳离子对分子筛的改性
Na＋
Ca2＋
A型分子筛：
3A、4A、5A
1）Ca交换Na，Ca优先占据六元环，Na优先从八元环位置被 交换，当有4个Na被交换时，必有一个八元环位置会空出， 当70%以上Na被交换时，即α笼中有8个Na被交换时，占据 八元环位置的Na就被全部交换，八元环就全部空出。主晶 孔的孔径就放大到5Å。
1. A型分子筛
β笼
典型骨架结构的形成
2. X型分子筛
β笼
典型骨架结构
特征结构晶体：
A型分子筛晶体结构
X（Y）型分子筛晶体结构
阴离子骨架结构
1.晶穴
有效体积最大的晶穴，就是主晶穴 晶穴的体积决定着可容纳的分子数目
α笼
阴离子骨架结构
2.(主)晶孔
(主)晶穴与(主)晶穴间相通的部位 主晶孔的孔径决定着各种分子能否进入内部
分子筛基础知识演示文稿
分子筛的历史
沸石（zeolite）
科学家早在1756年就发现了天然沸石
天然沸石 的形态
分子筛的发展
19世纪末，模拟天然沸石的生长环境， 在高温高压下合成人工沸石 20世纪40年代，大规模低温水热合成沸 石兴起 1954年末，A型、X型分子筛工业化生产 1959年，我国科学家也成功合成
吸附量的测定
1）静态吸附法 A.真空重量法 B.真空容量法→静态体积法 C.折射法
2）动态吸附法 A.常压流动吸附法
3）反推法
分子筛的吸附曲线
吸附压力
变压
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• 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。
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Chapter 3
p区元素化学
§3-4
分子筛化学
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§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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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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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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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。
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分子筛化学
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。分子筛的硅铝比对其酸度和酸强度有很 大的影响。
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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
型式分子筛晶体结构的基础。
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分子筛化学
Fundamental Structure of Zeolite
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分子筛化学
结构示例：
A型分子筛的晶体结构
A型分子筛的骨架结构是由β 笼和立方体构成的立方晶系结构， 相邻的两个β笼都通过四元环用 四个氧桥互相连接起来，构成A 型沸石的主笼－ α笼，这样就得 到如图所示 的A型分子筛晶体结 构。
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分子筛化学
1949~1954年间 Milton和Breck研制了一系列有工业应用价值的沸石， 称之为Linde A，X和Y型沸石 1959年 UCC公司首次推出名为Isosiv的正异构烷烃分离工艺 1962年 Mobil Oil公司将合成X型沸石用于制造催化裂化催化剂 1967~1969年 Mobil Oil公司发明了制备高硅ZSM-5沸石的方法 1982年 Wilson等报道了AlPO4分子筛的研究，随后又介绍了与其相似 的SAPO、MeAPO、MeAPSO、ElAPO、ElAPSO分子筛 1983年 Taramasso成功合成了钛硅分子筛，称为TS-1 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
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p区元素化学
β笼
§3-4
分子筛化学
十四面体，由六个四元环和
八个六元环所组成，共有二十四个顶角。 可以看作为在离八面体每个顶角1/3处削 去六个角而形成的。在削去顶角的地方形 成六个正方形(四元环)。原来八个三角面
变成正六边形 (六元环)，顶点成了24个。
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
子筛；如Na-A中有1/3以上的Na+被Ca2+置换,孔径 约为5A，即为5A型分子筛。
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分子筛化学
• 部分沸石分子筛的分类、代号、孔道特点 代表性沸石 Linde A 菱沸石 毛沸石 ZSM-23 ZSM-48 镁碱沸石 ZSM-5 ZSM-11 ZSM-12 Linde L 丝光沸石 菱钾沸石 八面沸石 AlPO4-8 VPI-5 三叶沸石 JDF-20
离子交换下来。通过离子交换，可以调节分子筛的电场 和表面酸性等参数，或者直接获得金属活性组分负载的 双功能催化剂。例如：将Ni2+、Pt2+、Pd2+等交换到分 子筛上并还原成为金属，就形成了很好的汽油选择重整 双功能催化剂。
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Chapter 3
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分子筛化学
表面酸碱性质
分子筛催化剂具有优异的酸催化活性，它一般包含B 酸和L酸两种。它的B酸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： NH4Z─→NH3+HZ H+NaZ─→HZ+Na CeZ+H2OZ─→CeOHZ+HZ 式中Z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。
p区元素化学
§3-4
分子筛化学
（1）硅（铝）氧四面体TO4—— 一级结构单元
沸石分子筛的基本结构单元是硅氧四面体和铝氧四 面体，它们通过氧桥相互联结。
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）
（
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分子筛化学
硅（铝）氧四面体相互联结规则： ● 四面体中的每一个氧原子都是共用的； ● 相邻的两个四面体之间只能共用一个氧原子； ● 两个铝原子的四面体不直接相联。
斜发沸石
丝光沸石
毛沸石
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p区元素化学
§3-4
分子筛化学
• 沸石分子筛的发展历史
1756年 瑞典矿物学家Cronstedt发现天然硅铝酸盐矿物
1840年 Damour首先注意到沸石晶体具有可逆的吸脱水作用
1858年 Eichhorn发现天然沸石与土壤一样有离子交换性质 1862年 St. Claire-Deville首次用水热方法合成了插晶菱沸石 1930年 Taylor和Pauling用X射线方法测定了第一个沸石晶体结构 1932年 McBain最早提出了“分子筛”这个专用名词 20世纪30~40年代 英国科学家Barrer在沸石的吸附和水热合成方面进行了大 量引人注目的开创性研究，对已知的沸石按其对不同尺寸分子分能力进行了 系统的分类 1948年 Barrer首次报道了天然丝光沸石的人工合成
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分子筛化学
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分子筛化学
一、分子筛的定义 二、分子筛的分类 三、分子筛的结构特点 四、分子筛的性能特点 五、分子筛的应用
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Chapter 3
p区元素化学
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分子筛化学
ห้องสมุดไป่ตู้
一、分子筛的定义
• 狭义（沸石Zeolite) ：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相连而形成。
Chapter 3
p区元素化学
§3-4
分子筛化学
三、分子筛的结构特点
● 硅氧四面体与铝氧四面体构成骨架
● 相邻四面体氧桥连成环（有4,5,6,8,10,12元氧环等）
● 氧环通过氧桥相互连接，形成具有三维空间的多面体（α，
β，六方柱笼等）
● 不同结构的笼再通过氧桥相互接成各种不同结构的分子
筛
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Chapter 3
维数 3 3 3 1 1 2 3 3 1 1 2 3 3 1 1 3 3
孔径 / nm 0.41 0.38×0.38 0.36×0.51 0.45×0.52 0.53×0.56 0.43×0.55 0.53×0.56 0.58×0.54 0.55×0.59 0.71 0.65×0.70 0.67 0.74 0.79×0.87 1.21 1.32×0.40 1.45×0.62
笼有多种多样，如： 笼、 笼、八面沸石笼、立 方体()笼、六方柱笼等。 笼结构是构成各种沸石分子筛的主要结构单元。
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Chapter 3
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§3-4
分子筛化学
α笼 二十六面体，由十二个四元环，八个六元环以 及六个八元环所组成，共有26个面，48个顶角。 笼中平均有效直径为1140pm，有效体积为 760×106pm3，外界分子可通过八元环进入笼中。每个 笼的饱和容量约为25个H2O或19个NH3，或12个CH3OH， 或9个CO2，或4个C4H10。
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