-分子筛及其催化作用
5-分子筛及其催化作用02解析
原因：液体酸催化剂对设备的腐蚀严重，原料
和产物与催化剂的分离困难，环境污染严重。
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1.催化裂化
(1)催化裂化工艺与原料 主要原料：350～500℃直馏馏分油(straightrun distillate)、
常 压 渣 油 （ atmospheric residue, AR ） 及 减 压 渣 油
约束指数值小于1的为大孔沸石，在1-12 之间的为中孔沸石，大于12的为小孔沸石
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固体酸催化剂在工业中的应用
在石化工业中，传统液体酸催化工艺逐渐被固 体酸催化取代：如异丁烷 / 丁烯烷基化生产高辛烷 值汽油组分的硫酸、氢氟酸催化剂，苯与乙烯或丙 烯烷基化生产乙苯或异丙苯的三氯化铝催化剂等。
(vacuum residue, VR) ， 还 有 二 次 加 工 馏 分 (secondary processing distillate) ，如焦化蜡油 (coker gatch) 、脱油
的 蜡 膏 (deoiled wax) 、 蜡 下 油 (sweat oil) 、 脱 沥 青 油
(deasphalted oil)等。 反应条件：500℃左右，2-4atm，2-4s 催化裂化工艺发展：固定床、移动床、流化床、提升管
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②苯与丙烯生成异丙苯
☼
苯与丙烯在酸性催化剂（AlCl3）催化下合成异丙苯，后者 主要用于生产苯酚和丙酮，少量用于生产α-甲基苯乙烯。 苯与丙烯烷基化的副产物主要是二异丙苯与多烷基苯。
C6H6＋CH3CH＝CH2→C6H5－CH(CH3)2
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
分子筛材料的合成及其催化应用
分子筛材料的合成及其催化应用分子筛材料（molecular sieve）是一种具有高孔隙度和特定孔径大小的微孔材料，能够选择性地吸附不同分子和离子，具有广泛的催化应用。
分子筛材料的制备过程和性能调控已成为材料科学领域的一个重要研究课题。
一、分子筛材料合成的基本原理分子筛材料合成一般采用两种方法：一种是通过控制某种分子在一定条件下的聚合反应，在分子聚合过程中形成孔道和晶胞结构，合成出具有一定孔径和孔隙度的分子筛材料；另一种是利用化学合成方法，通过一系列反应步骤形成孔道结构和晶胞结构，并在其表面上修饰功能基团，制备出具有特定性质和功能的分子筛材料。
合成分子筛材料的关键是选择合适的原料和反应条件。
原料通常是硅源、氧源和负载物等，硅源和氧源是分子筛结构主体的形成原材料，而负载物则是用于调节孔径和孔隙的尺寸，以及控制形成的分子筛材料的拓普学结构等。
反应条件包括温度、反应时间、反应介质和添加的辅助剂等，这些条件的变化会影响分子筛材料孔径和孔隙形态、晶体形态以及表面酸碱性等性质。
二、分子筛材料的催化应用分子筛材料具有较高的催化效率和选择性，广泛应用于石化、有机合成和化学分离等领域。
（一）分子筛催化炼油过程炼油过程中，分子筛材料作为催化剂可在高温下催化裂化烃类大分子链，使其分解为轻质烃类。
商业上常用的催化剂包括ZSM-5分子筛和超稳分子筛USY等，它们具有高活性和选择性，并能够控制产物组成。
（二）分子筛催化有机合成过程分子筛材料作为催化剂可应用于有机合成中的催化加氢、裂解、烷基化、异构化等反应中，并能够选择性地催化不同产物形成。
例如，ZSM-5分子筛可用于醛、酮、羧酸等化合物的裂解反应，制备乙烯和二甲苯等有用产物。
（三）分子筛在化学分离中的应用分子筛材料还可以作为分子分离和催化分解的载体。
它们可以对不同分子表现出选择性吸附和分离，分离出特定分子，同时保持其他分子的原始状态。
三、分子筛材料合成与应用的未来趋势随着社会经济的发展，对更高效、更环保的催化技术的需求不断增加，分子筛材料的合成与应用也将不断深入发展。
分子筛及其催化作用
分子筛中L酸中心 的形成
酸量与焙烧温度的关系
用吡啶作碱性物 质，配位于质子 酸部位产生1545 cm－1特征吸收频 率，配位于L酸中 心产生1450 cm－ 1特征吸收频率。 利用红外吸收带 的强度作为酸量 的度量。
AlPO在结构上具有Y型和ZSM型分子筛的优点， 例如AlPO-5分子筛既有ZSM型分子筛的直孔道 特性，又有Y型分子筛大孔(十二元环)的特性。 合成时加入了适量的硅，使骨架结构中包含三 元氧化物，SAPO型分子筛。这样既保持了原 有的结构特点，又增加了电荷和酸性的调变性。 A1PO-5对异丙苯裂解和邻二甲苯无催化活性， 而SAPO-5对上述反应就有相当好的催化活性。
各种沸石的孔结构与CI值
沸石的CI值与催化特性的关系 （甲醇转化反应〕
新型分子筛 材料
磷铝分子筛(简称AlPO)：
有机胺的存在下经过几十至几百小时的水热 反应，由无定形的磷铝胶体自发结晶成晶态 的微孔分子筛。
中孔分子筛(纳米孔)
MCM-14; SBA-15
新型分子筛 材料
AlPO：有三维骨架结构和相层状结构两种，也 有四面体结构。由于电荷是平衡的，所以无阳 离子及交换特性。在催化性能上无任何优势。
静电场效应
由于多价阳离子在分子筛中的分布不对称，在 分子筛表面的多价阳离子和负电中心之间产生 静电场，这个电场能使吸附的烃类分子极化为 半离子对，具有活化被吸附分子的作用，因而 产生较高的反应能力。
例如，一个Ca2＋取代两个Na＋之后，它不是 占据两个铝氧四面体之间的对称中心位置，而 是比较靠近其中一个铝氧四面体，而远离另一 个。
分子筛材料在化学工业催化过程应用
分子筛材料在化学工业催化过程应用摘要：化学工业中的催化过程在提高反应速度、增加产率和选择性等方面起着重要的作用。
分子筛材料作为一种具有微孔结构和特定化学活性的材料，被广泛应用于化学催化过程中。
本文将重点探讨分子筛材料在化学工业催化过程中的应用，包括固体酸催化、选择性催化和分子筛催化剂的设计和改进等方面。
1. 引言分子筛材料是一类具有规则孔道结构的晶态材料，其孔道大小和形状具有一定的选择性，能够实现分子的选择吸附和转化。
由于分子筛材料的孔道结构和表面性质可以通过调控合成条件和控制活性中心进行调节，因此在化学工业领域具有广泛的应用前景。
2. 固体酸催化固体酸催化是分子筛材料在化学工业催化过程中的重要应用之一。
固体酸催化是通过分子筛材料中的酸性位点来促进催化反应的进行。
例如，钙基分子筛材料在合成汽油和柴油过程中被广泛应用。
由于其酸性位点具有较高的酸强度和较好的热稳定性，能够有效催化裂化反应，提高产率和选择性。
此外，一些新型的固体酸分子筛材料，如H-ZSM-5和H-MCM-22，也在烯烃异构化和芳烃合成等领域展现了良好的催化性能。
3. 选择性催化分子筛材料在化学工业催化过程中还可以实现对不同化学反应的选择性控制。
例如，选择性催化合成对羟基苯甲酸酯是一种具有广泛应用前景的重要反应。
传统催化剂在合成过程中存在产物多样性和副反应的问题，而分子筛材料则可以通过调节孔道大小和形状实现对反应产物的选择性控制，提高合成效率和产物纯度。
此外，分子筛材料还能够实现对手性催化反应的选择性控制，为手性药物的合成提供了重要的催化剂选择。
4. 分子筛催化剂的设计和改进分子筛催化剂的设计和改进是分子筛材料在化学工业催化过程中的重要研究方向。
通过合理设计和改进分子筛材料的结构和活性中心，可以提高催化剂的催化活性和选择性。
例如，将金属掺杂到分子筛材料中，可以调控催化剂的物理和化学性质，提高其催化活性和稳定性。
此外，纳米级分子筛材料的合成和应用也是当前研究的热点之一，其具有较高的比表面积和催化活性，能够提高催化反应的效率和选择性。
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。
3.2 分子筛催化剂及其催化作用
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）
催化剂工程-第六章(分子筛催化剂及其催化作用)
成椭圆形， d=0.55~0.6nm。
The Framework of zeolite ZSM 5
18
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1.3.5 磷酸铝系分子筛
60年代: Y型分子筛 70年代: ZSM-5型分子筛 80年代:磷酸铝系分子筛AlPO4-n, 第三代新型
分子筛, 骨架电中性 , 无离子交换能力。
环通过氧桥相互联结，形成有三维空间的多面 体构成分子筛结构的第三个结构层次。
6
多员环的最大孔径
某些天然沸石中十员环和十二员环孔径的最大值和最小值
7
Hale Waihona Puke 笼多面体有中空的笼，笼有多种多样，主要有α笼，β-笼，八面沸石笼等。
（1）α-笼是A型分子筛结构的主要孔穴 d=1.14nm, V=760 [A]3
（2）α-笼的最大窗孔为八元环， 孔径为0.41nm
Al/Si高，OH基的比活性也越高。
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2.2 分子筛催化剂的择形催化性质
2.2.0 择形催化
分子筛的择形作用基础是它们具有一种或多种 大小分立的孔径，其孔径具有分子大小的数量级， 即小于1nm，因而有分子筛分效应。
而作为催化剂还必须具有催化活性(固体的酸 性部位便是常见的催化活性中心)。由于分子筛具 有可交换的阳离子，允许引入催化性能不同的各种 阳离子，这些阳离子若交换为H+，则能产生数目 很多的强酸中心。
2.1.4 过渡金属离子还原也能形成酸位中心
Cu2+ + H2
Cu0 + 2H+
过渡金属簇状物可使分子H2与质子(H+)之间相互转化:
2(Ag n)+ + H2
05第05章分子筛催化剂及其催化作用
05第05章分子筛催化剂及其催化作用分子筛催化剂是一种种类特殊的催化剂，它具有高度有序的孔道结构和表面活性位点，能够高效催化各种化学反应。
分子筛催化剂在石油化工、化学制品合成和环境保护等领域有广泛的应用。
本章将介绍分子筛催化剂的结构特点及其在催化反应中所起的作用。
分子筛催化剂是由硅氧骨架结构组成的晶体，具有高度有序的孔道结构。
这些孔道可以用于储存各种分子，且具有大小、形状和极性等方面的选择性。
此外，分子筛催化剂具有丰富的表面活性位点，可以提供化学反应所需的能量。
根据孔道结构的不同，分子筛催化剂可以分为三类：分子筛骨架型催化剂、介孔分子筛催化剂和中孔分子筛催化剂。
分子筛骨架型催化剂是最早应用的一种分子筛催化剂，它具有较小的孔径，通常在0.4-0.8纳米之间，可用于吸附和分离小分子、催化气相反应等。
介孔分子筛催化剂具有较大的孔径，可达到几纳米到几十纳米，可应用于催化液相反应、吸附大分子等。
中孔分子筛催化剂具有介于分子筛骨架型催化剂和介孔分子筛催化剂之间的孔径大小，具有较大的比表面积和较高的稳定性。
分子筛催化剂的催化作用主要体现在两个方面：吸附作用和活性作用。
首先，分子筛催化剂具有很高的吸附能力，可以吸附在其孔道内的物质，使反应物在催化剂表面得到定向吸附，从而提高反应的选择性。
其次，分子筛催化剂表面的活性位点具有较高的能垒，可以提供催化反应所需的能量，降低反应的活化能，从而促进反应的发生。
此外，分子筛催化剂还具有较高的热稳定性和机械强度，可用于高温和高压条件下的催化反应。
分子筛催化剂在许多催化反应中都有重要的应用。
例如，分子筛骨架型催化剂可用于乙烯和甲醇的合成反应，以及苯和丙烯的环化反应。
介孔分子筛催化剂可用于催化液相氧化反应，例如苯酚的氧化和脂肪醇的部分氧化。
中孔分子筛催化剂可用于催化液相裂解反应，例如脂肪酸的裂解和生物质的转化。
总之，分子筛催化剂是一种具有高度有序孔道结构和表面活性位点的催化剂。
它能够高效催化各种化学反应，提高反应的选择性和活性。
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催化剂是一种特殊的多孔材料，具有大量的微孔和介孔结构。
它由无机氧化物或有机聚合物通过水热合成或溶胶凝胶法得到。
分子筛催化剂通常用于催化汽车尾气净化、石油炼制以及化工生产等领域。
本文将详细介绍分子筛催化剂的种类和催化作用。
首先，根据中心原子的类型，分子筛催化剂可以分为铝硅分子筛、钛硅分子筛、锡硅分子筛、锗硅分子筛等。
其中，铝硅分子筛是最常见的一种，由氧化铝和硅酸盐结合而成。
铝硅分子筛具有很高的比表面积和孔容，可以提供丰富的催化活性点和通道结构，因此被广泛用于催化剂制备领域。
根据孔道尺寸和形状的不同，分子筛催化剂可以分为分子筛A、分子筛X、分子筛Y、ZSM-5等。
分子筛A是一种六方晶系的微孔催化剂，具有较大的孔道直径（约为0.4纳米），广泛应用于干燥、脱水和分离等工艺。
分子筛X和Y是两种多孔晶体，具有较小的孔道直径（约为0.9纳米），可以用作干燥剂、吸附剂和催化剂。
ZSM-5是一种高硅铝比的中孔分子筛，具有较窄的孔道直径（约为0.5纳米），广泛用于催化裂化、异构化和芳烃转化等反应。
分子筛催化剂主要通过吸附作用和酸碱性质来催化化学反应。
吸附作用是指分子筛催化剂表面对反应物分子的吸附能力。
由于分子筛催化剂具有大量的微孔和介孔结构，可以吸附大量的反应物分子，增加反应物分子与催化剂表面的接触面积，从而提高反应速率。
另外，分子筛催化剂还具有特殊的酸碱性质。
酸性分子筛催化剂通常由酸性中心原子如铝或硅构成，可以吸附碱性分子，使其发生化学反应。
碱性分子筛催化剂则是由碱性中心原子如锡、钠等构成，可以吸附酸性分子，促进其发生反应。
酸性和碱性的反应通常发生在分子筛催化剂表面的活性点上，例如孔道入口、酸性和碱性中心等位置。
分子筛催化剂具有广泛的应用领域。
在汽车尾气净化中，铝硅分子筛可以去除尾气中的氮氧化物和碳氢化合物，减少空气污染。
在石油炼制中，ZSM-5可以将碳氢化合物转化为高附加值的烃类产品，提高能源利用效率。
分子筛及其催化作用001
分子筛的定义
矿物学早期的定义：Zeolite（沸石分子筛）
Am+y/m[(SiO2)x· (AlO-2)y]· 2O zH Zeolites are crystalline aluminosilicates with a framework forming regular channels with a diameter of up to ca. 1 nm. These channels contain cations (frequently Na+ ions), which compensate the negative framework charge and are very mobile, and water which desorbs upon heating without destruction of the crystalline structure.
-Ti-ZSM-5 -Ti-beta
各种沸石分子筛的区别
在化学组成和结构上的不同； 而化学组成上最主要的差别则是硅铝比不同。
几种常见分子筛的化学组成
硅氧四面体和铝氧四面体
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。
由四个四面体形成的环叫四元环，五 个四面体形成的环叫五元环，依此类 推还有六元环、八元环和十二元环等
FD = 20 – 21
Zeolite with fully cross-linked frameworks:
FD = 12.1 – 20.6
FD12:
FD’s less than 12 have only been encountered for the interrupted framework of cloverite (-CLO)
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。
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
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。
分子筛在化学反应中的催化作用
分子筛在化学反应中的催化作用化学反应是物质转化的过程，而催化剂则是加速反应速率的重要因素之一。
在催化剂中，分子筛作为一种重要的催化剂材料，具有广泛的应用前景。
本文将探讨分子筛在化学反应中的催化作用，以及其在不同领域中的应用。
一、分子筛的基本特性分子筛是一种具有有序孔道结构的晶体材料，其骨架由硅氧四面体或者铝氧四面体构成。
分子筛的孔道大小和形状可以通过合成过程来调控，从而使其具有不同的催化性能。
分子筛具有高度的热稳定性和化学稳定性，能够在高温和强酸碱条件下保持结构的完整性，这使得其在催化反应中具有优势。
二、分子筛的催化机理分子筛的催化作用主要体现在其孔道结构中。
分子筛的孔道大小和形状可以选择性地吸附和限制反应物子分子的进入，从而提高反应物的浓度，促进反应的进行。
此外，分子筛表面的活性位点也能够与反应物发生作用，降低反应的活化能，加速反应速率。
三、分子筛在石油化工领域的应用在石油化工领域，分子筛作为催化剂广泛应用于催化裂化、异构化、烷基化等反应中。
例如，分子筛催化裂化能够将重质石油馏分转化为轻质产品，提高石油资源的利用效率。
此外，分子筛催化异构化可以将直链烷烃转化为支链烷烃，提高汽油的辛烷值，增加汽车引擎的功率。
四、分子筛在环境保护领域的应用分子筛在环境保护领域也有广泛的应用。
例如，分子筛催化氧化能够将有害气体如二氧化硫、氮氧化物等转化为无害的物质，减少大气污染。
此外，分子筛还可以用于水处理中，去除水中的重金属离子和有机污染物，提高水质的净化效果。
五、分子筛在有机合成领域的应用分子筛在有机合成领域也有重要的应用。
例如，分子筛催化剂可以在温和条件下实现烯烃的选择性氧化，将烯烃转化为醛、酮等有机化合物。
此外，分子筛还可以用于有机反应的分离和纯化，提高产物的纯度和收率。
六、分子筛的发展趋势随着科技的进步和需求的增加，分子筛的研究和应用也在不断发展。
未来，分子筛的合成方法和结构调控技术将进一步完善，以满足不同反应的需求。
分子筛催化剂及其作用机理[1]
![分子筛催化剂及其作用机理[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/7f642419eef9aef8941ea76e58fafab069dc4423.png)
分子筛催化剂及其作用机理[1]分子筛催化剂及其作用机理1.分子筛的概念分子筛就是结晶型的硅铝酸盐，具备光滑的孔隙结构。
分子筛中所含大量的结晶水，冷却时可汽化除去，故又称沸石。
自然界存有的常表示沸石，人工合成的称作分子筛。
它们的化学共同组成可以则表示为mx/n[(alo2)x?(sio2)y]?zh2o式中m就是金属阳离子，n就是它的价数，x就是alo2的分子数，y就是sio2分子数，z就是水分子数，因为alo2拎负电荷，金属阳离子的存有可以并使分子筛维持电中性。
当金属离子的化合价n=1时，m的原子数等同于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：就是a型分子筛骨架结构的主要孔穴，它就是由12个四元环路，8个六元环的6个八元环路共同组成的二十六面体。
笼的平均值孔径为1.14nm，空腔体积为760[?]3。
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A型分子筛的结构
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A型分子筛化学通式
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八面沸石笼及X，Y型分子筛
八面沸石笼，以 笼为结构单元，通过六元 环用六个氧桥按四面体方式同其他四个ห้องสมุดไป่ตู้ 联结(类似金刚石结构)而构成X，Y型分子筛 的晶体结构。 可以把八面沸石笼看作是由笼和六角柱笼 包围而成的 。
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由四个四面体形成的环叫四元环， 五个四面体形成的环叫五元环， 依此类推还有六元环、八元环和 十二元环等
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各种环的临界孔径
如果把各种环近似地看成圆形，其直径称 为孔径，那么各种环的孔径如下：
环是分子筛的通道孔口，对通过的分子起筛分作用
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分子筛在催化领域中的应用
分子筛是一种固体酸，它在许多酸催化 反应中能够提供很高的热稳定性 ,催化活 性和选择性，在炼油和石油化工工业上 得到了广泛的应用。 例如，催化裂化、加氢裂解、异构化、 重整、歧化和烷基转移等反应。
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沸石分子筛的命名
用研究工作者第一次发表提出的一个或者几个字 母来命名。如A型、X型、Y型、ZSM型等； 用离子交换法制得不同型号的分子筛，以离子命 名如NaA (钠A)型、KA (钾A)型、CaA (钙A)型， 商业上又用4A、3A、5A的牌号来表示。 用相应的天然沸石矿物名称来命名，如 M 型又可 称为丝光沸石型，Y型又可称为八面沸石型； 当合成分子筛中 Si 和 Al 被其他原子取代时，就用 取代原子命名，如P-L型就是磷原子取代了L型沸 石分子筛中的部分Si。
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六方柱笼
六方柱笼：由六个四 元环和两个六元环组 成
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笼
可以看作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(即24个硅铝原子)。 笼的有效直径为0.66 nm，空腔体积0.16 nm3， 由笼进一步连接就可构成A型、X型和Y型分 子筛。
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笼
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。 笼有多种多样，如 立方体( )笼、六方 柱笼、 笼、 笼、八面沸石笼等。
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笼
笼：由六个四元 环组成，又叫立方 体笼
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各种沸石分子筛的区别
在化学组成和结构上的不同； 化学组成上最主要的差别则是硅铝比不同。
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几种常见分子筛的化学组成
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硅氧四面体和铝氧四面体
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。
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沸石分子筛的结构
沸石分子筛是结晶硅铝酸盐，其化学组成实 验式可表示为： M2/nO Al2O3 xSiO2 yH2O 式中，M为金属离子，人工合成时通常为Na 开始； n为金属离子的价数， x为 SiO2的分子 数，也可称 SiO2/Al2O3 的摩尔比，俗称硅铝 比；y为H2O分子的分子数。
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八面沸石笼是由18个四元环、4个六元 环和4个十二元环所构成的二十六面体。 其空穴的最大直径为1.25 nm，体积 0.85nm3，窗口孔穴十二元环的直径为 0.74nm，这是主孔道。
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X, Y型分子筛的结构特征
X，Y型分子筛的单位晶胞都由 8个笼组 成，相当于192个硅氧和铝氧四面体。 X和Y型的区别在于硅铝比不同。
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丝光沸石的结构特点
有四元环、六元环、八元环和十二元环，而 且还有大量的五元环，且五元环是成对地相 互连接。 两个相邻的五元环共用一个四元环，再进一 步相连就构成八元环和十二元环 由十二元环组成椭圆形的直筒孔道。
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笼示意图
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笼及A型
以笼为结构单元，通过四元氧桥按立方 晶格方式相互连接起来，就形成了A型分 子筛； A 型分子筛由 8 个 笼和 12 个 笼联结而成， 并形成一个新的更大的笼叫 笼。 笼是由12个四元环、8个六元环和6个八 元环组成的26面体。
工业催化概论
第五章 分子筛及其催化作用（I）
杜正银 教授
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本章重点内容：
沸石分子筛的命名 沸石分子筛的结构 沸石分子筛的催化作用和特点
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引言
沸石(zeolite) 的晶体具有许多大小相同的空腔； 空腔之间又有许多直径相同的微孔相连，形 成均匀的、尺寸大小为分子直径数量级的孔 道； 因不同孔径的沸石就能筛分大小不一的分子， 故又得名为分子筛(molecular sieve)。
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历史
1756年发现第一个天然沸石－辉沸石 1954年沸石实现人工合成，取名分子筛 在化学工业中作为吸附剂，广泛用于干燥、 净化、或分离气体及液体。 1960年代开始用作催化剂和催化剂载体 常用的有A型、X型、Y型、M型和ZSM型等
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分子筛结构也可用下式来表示
Mp/n[(AlO2)p (SiO2)q]·yH2O
式中p为铝氧四面体的数目， q为硅氧四面体的数目。 由上式可以看出，每个铝原子和硅原子 平均连有两个氧原子，如果M的化合价n ＝1，则M的原子数等于铝原子数，如果 n＝2，则 M 的原于数只是铝原子数的一 半。
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X型和Y型分子筛化学通式
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丝光沸石（M型分子筛）的 双五元环结构
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丝光沸石的双五元环连接示意图
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丝光沸石层状结构示意图
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丝光沸石的主孔道
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