沸石分子篩-1

1、沸石與新型分子篩材料沸石與新型分子篩材料1. 引言引言 分子篩分子篩 Molecular sieve 定義：定義：分子篩是指具有均勻的微孔，其孔徑與一般分子大小相當分子篩是指具有均勻的微孔，其孔徑與一般分子大小相當?shù)囊活愇镔|(zhì)的一類物質(zhì) 特點：特點：具有具有篩分大小不同的流體分子篩分大小不同的流體分子的能力的能力 沸石沸石 Zeolite 定義：沸石是具有四面體骨架結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽定義：沸石是具有四面體骨架結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽 化學(xué)式：化學(xué)式： M x/n (AlO2) x (SiO2) y H2O 特點：特點： 篩分性能篩分性能 吸附性能吸附性能 離子交換性能離子交換性能Fig. Pore size

2、distribution of six materials by BJH method1756年瑞典礦物學(xué)家年瑞典礦物學(xué)家Cronstedt發(fā)現(xiàn)天然硅鋁酸鹽礦物發(fā)現(xiàn)天然硅鋁酸鹽礦物1840年年Damour首先注意到沸石晶體具有可逆的吸脫水作用首先注意到沸石晶體具有可逆的吸脫水作用1858年年Eichhorn發(fā)現(xiàn)天然沸石與土壤一樣有離子交換性質(zhì)發(fā)現(xiàn)天然沸石與土壤一樣有離子交換性質(zhì)1862年年St. Claire-Deville首次用水熱方法合成了插晶菱沸石首次用水熱方法合成了插晶菱沸石1930年年Taylor和和Pauling用用X射線方法測定了第一個沸石晶體結(jié)構(gòu)射線方法測定了第一個沸石晶體結(jié)構(gòu)

3、1932年年McBain最早提出了最早提出了“分子篩分子篩”這個專用名詞這個專用名詞20世紀世紀30 40年代英國科學(xué)家年代英國科學(xué)家Barrer在沸石的吸附和水熱合成方面進行在沸石的吸附和水熱合成方面進行 了大量引人注目的開創(chuàng)性研究，對已知的沸石按其對不了大量引人注目的開創(chuàng)性研究，對已知的沸石按其對不同尺寸分子同尺寸分子 分能力進行了系統(tǒng)的分類分能力進行了系統(tǒng)的分類1948年年Barrer首次報道了天然絲光沸石的人工合成首次報道了天然絲光沸石的人工合成1949 1954年間年間Milton和和Breck研制了一系列有工業(yè)應(yīng)用價值的沸石，稱研制了一系列有工業(yè)應(yīng)用價值的沸石，稱 之為之為Lind

4、e A，X和和Y型沸石型沸石 沸石沸石分子篩的發(fā)展歷史分子篩的發(fā)展歷史1959年年UCC公司首次推出名為公司首次推出名為Isosiv的正異構(gòu)烷烴分離工藝的正異構(gòu)烷烴分離工藝1962年年Mobil Oil公司將合成公司將合成X型沸石用于制造催化裂化催化劑型沸石用于制造催化裂化催化劑1967 1969年年Mobil Oil公司發(fā)明了制備高硅公司發(fā)明了制備高硅 和和ZSM-5沸石的方法沸石的方法1982年年Wilson等報道了等報道了AlPO4分子篩的研究，隨后又介紹了與其相似的分子篩的研究，隨后又介紹了與其相似的 SAPO、MeAPO、MeAPSO、ElAPO、ElAPSO分子篩分子篩1983年年

5、Taramasso成功合成了鈦硅分子篩，稱為成功合成了鈦硅分子篩，稱為TS-11988年年Davis成功合成了具有十八元環(huán)的成功合成了具有十八元環(huán)的VIP-5分子篩分子篩20世紀世紀90年代年代Estermann和徐如人分別報道了兩種新的具有二十元環(huán)的和徐如人分別報道了兩種新的具有二十元環(huán)的 超大孔超大孔Cloverite和和JDF-20分子篩分子篩1992年年Kresge用表面活性劑合成了一系列全新的用表面活性劑合成了一系列全新的MCM介孔分子篩介孔分子篩 第一代分子篩：第一代分子篩：Si/Al 10 A型型 X型型 Y型型 L型型 型型 絲光沸石絲光沸石 毛沸石毛沸石 特點：特點：低、中低

6、、中硅鋁比，籠狀孔道結(jié)構(gòu)為主硅鋁比，籠狀孔道結(jié)構(gòu)為主 第二代分子篩：高硅三維交叉直通道，以第二代分子篩：高硅三維交叉直通道，以 ZSM 系列為代表系列為代表 意義：獨特的孔徑和孔道，異常顯著的擇形效果，意義：獨特的孔徑和孔道，異常顯著的擇形效果， 使有機反應(yīng)的分子工程設(shè)計成為可能使有機反應(yīng)的分子工程設(shè)計成為可能 第三代分子篩：非硅鋁骨架的磷酸鋁系列分子篩第三代分子篩：非硅鋁骨架的磷酸鋁系列分子篩 意義：其科學(xué)價值在于給人們以啟示，根據(jù)結(jié)晶的化學(xué)原理和意義：其科學(xué)價值在于給人們以啟示，根據(jù)結(jié)晶的化學(xué)原理和 已知氧化物沸石的晶體化學(xué)知識，只要條件合適，其它已知氧化物沸石的晶體化學(xué)知識，只要條件合適

7、，其它 非硅鋁元素也可以形成具有類似硅鋁分子篩的結(jié)構(gòu)非硅鋁元素也可以形成具有類似硅鋁分子篩的結(jié)構(gòu) Table: The classification and designation for the zeolites 沸石沸石分子篩的分類及代號分子篩的分類及代號Table: Common, trade and patented names of materials associated with the MFI topology傳統(tǒng)領(lǐng)域：傳統(tǒng)領(lǐng)域：(a) 吸附材料吸附材料：用于工業(yè)與環(huán)境上的分離、凈化和干燥：用于工業(yè)與環(huán)境上的分離、凈化和干燥(b) 催化材料催化材料：用于石油加工、石油化工、煤化

8、工、精細化工：用于石油加工、石油化工、煤化工、精細化工(c) 離子交換材料離子交換材料：用于洗滌劑工業(yè)，礦廠與放射性廢液及廢物處理：用于洗滌劑工業(yè)，礦廠與放射性廢液及廢物處理在高新技術(shù)和先進材料方面的應(yīng)用：在高新技術(shù)和先進材料方面的應(yīng)用：(a) 微電子學(xué)中的微型器件：分子線路、光晶體管分子開關(guān)、傳感器、微電子學(xué)中的微型器件：分子線路、光晶體管分子開關(guān)、傳感器、光儲存器等，大規(guī)模集成電路中具有低介電常數(shù)的多孔材料光儲存器等，大規(guī)模集成電路中具有低介電常數(shù)的多孔材料(b) 染料染料-沸石材料復(fù)合體作為微型激光器沸石材料復(fù)合體作為微型激光器(c) 在生物和醫(yī)藥領(lǐng)域中應(yīng)用于酶和蛋白質(zhì)的固定和分離在生物和醫(yī)藥領(lǐng)域中應(yīng)用于酶和蛋白質(zhì)的固定和分離(d) 細胞細胞/DNA的分離以用于構(gòu)建生物微芯片的分離以用于構(gòu)建生物微芯片(e) 用于新型儲能材料用于新型儲能材料(f) 制備導(dǎo)電高分子材料制備導(dǎo)電高分子材料(g) 微反應(yīng)器微反應(yīng)器 用途和市場用途和市場Table: The global consumption of the major zeolites and their