沸石蜂窩分子篩催化劑及其作用原理

1.分子篩的概念

分子篩是具有均勻孔結(jié)構(gòu)的結(jié)晶硅鋁酸鹽。分子篩含有大量的結(jié)晶水，加熱后可以蒸發(fā)和除去，因此它也被稱為沸石。通常在自然界中已知的所謂沸石稱為分子篩。它們的化學(xué)成分可表示為

沸石分子篩催化劑及其作用原理

Mx / n [（AlO2）x≤（SiO2）y]→ZH2O

其中M是金屬陽離子，n是其化合價(jià)，x是AlO2分子數(shù)，y是SiO2分子數(shù)，Z是水分子數(shù)。由于AlO2帶負(fù)電荷，金屬陽離子的存在使分子篩保持電中性。 。當(dāng)金屬離子的化合價(jià)為n = 1時(shí)，M的原子數(shù)等于Al的原子數(shù);如果n = 2，則M的原子數(shù)是Al的原子數(shù)的一半。

常用的分子篩有：蘇打型沸石，如A型分子篩;八面體沸石，如X型，Y型分子篩;絲光沸石（-M型）;高硅型沸石，如ZSM-5等。分子篩在各種不同的酸性催化劑中提供高活性和不尋常的選擇性，并且大多數(shù)反應(yīng)是由分子篩的酸性引起的，并且也是固體酸。在過去的20年中，它已被廣泛用于工業(yè)中，特別是在煉油工業(yè)和石化工業(yè)中作為工業(yè)催化劑。

2.分子篩的結(jié)構(gòu)特征

沸石分子篩催化劑及其作用原理

（1）四個(gè)方面，三個(gè)層面：

分子篩的結(jié)構(gòu)特征可分為四個(gè)方面和三個(gè)不同的結(jié)構(gòu)水平。結(jié)構(gòu)水平是最基本的結(jié)構(gòu)單元，硅氧四面體（SiO4）和鋁氧四面體（AlO4），它們形成分子篩的骨架。相鄰的四面體通過氧橋連接成環(huán)。環(huán)是分子篩結(jié)構(gòu)的二層。它分為環(huán)中的氧原子數(shù)。有四元氧環(huán)，五元氧環(huán)，六元氧環(huán)，八元氧環(huán)，十元氧環(huán)和十二元氧環(huán)。等待。環(huán)是分子篩的通道孔，并且充當(dāng)分子通過的篩子。氧環(huán)通過氧橋彼此連接以形成具有三維空間的多面體。各種多面體是分子篩結(jié)構(gòu)的三級(jí)。多面體具有空心籠，這是分子篩結(jié)構(gòu)的重要特征?；\子分為阿爾法籠子，八面沸石籠子，貝塔籠子和伽瑪籠子。

（2）分子篩籠：

Alpha籠：它是A型分子篩骨架結(jié)構(gòu)的主要孔隙。它是由六個(gè)四元環(huán)，八個(gè)六元環(huán)和六個(gè)八元環(huán)組成的六面體。保持架的平均孔徑為1.14nm，腔體積為760 [＆Aring;] 3。 α籠的大窗口是八元環(huán)，孔徑為0.41nm。巴林石籠：是構(gòu)成X型和Y型分子篩骨架的主要孔，由18個(gè)四元環(huán)，4個(gè)六元環(huán)和4個(gè)十二元環(huán)組成。孔徑為1.25nm，腔體積為850 [＆Aring;] 3.大孔徑窗口是十二元素環(huán)，孔直徑為0.74nm。八面花籠也被稱為超級(jí)籠。

籠籠：主要用于形成A型，X型和Y型分子篩的骨架結(jié)構(gòu)。它是最重要的一種洞。它的形狀就像一個(gè)帶有頂部的正八面體。腔體積為160 [＆Aring;] 3窗口孔徑約為0.66nm，只允許小分子如NH3和H2O進(jìn)入。

還有六角柱保持架和伽瑪籠，它們的尺寸很小，通常不會(huì)進(jìn)入籠子。

不同結(jié)構(gòu)的籠通過氧橋相互連接形成各種結(jié)構(gòu)的分子篩，主要是A型，X型和Y型。

（3）幾種具有代表性的分子篩

A型分子篩

類似于NaCl的立方晶體結(jié)構(gòu)。如果NaCl晶格中的Na +和Cl-全部被β籠取代，并且相鄰的β籠被γ籠連接，則獲得A型分子篩的晶體結(jié)構(gòu)。八個(gè)β籠關(guān)節(jié)形成方鈉石結(jié)構(gòu)。如果γ籠用于橋接，則獲得A型分子篩結(jié)構(gòu)。該中心有一個(gè)大型的alpha籠。 α籠之間的通道有一個(gè)八元環(huán)窗，直徑為4＆Aring;所以它被稱為4A分子篩。如果4A分子篩上的70％Na +是Ca2 +交換，則八元環(huán)可以增加到5＆Aring;相應(yīng)的沸石稱為5A分子篩。另一方面，如果70％的Na +是K +交換，則八元環(huán)直徑減小到3＆Aring;相應(yīng)的沸石稱為3A分子篩。

X型和Y型分子篩

類似鉆石的密排六角形結(jié)構(gòu)。如果β籠用作結(jié)構(gòu)單元來代替金剛石的碳原子節(jié)點(diǎn)，并且相鄰的兩個(gè)β籠通過六角柱籠連接，則五個(gè)β籠通過四個(gè)六角柱籠連接在一起，其中一個(gè)是一個(gè)β籠。其中，剩余的四個(gè)β籠位于正四面體的頂點(diǎn)，形成八面體沸石型晶體結(jié)構(gòu)。利用這種結(jié)構(gòu)，繼續(xù)該結(jié)構(gòu)，并獲得X型和Y型分子篩結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，由β籠和六角柱籠形成的大籠子是八面沸石分子篩籠，它們的連通孔是十二元環(huán)，平均有效孔徑為0.74nm，是X型和Y-型。分子篩的孔徑。兩種模型的區(qū)別主要是由于Si / Al比的差異，X型為1~1.5; Y型為1.5~3.0。