沸石分子篩的應(yīng)用

1合成沸石的過(guò)程沸騰石是含有水的硅酸鹽酸鹽的含水支柱。它可分為自然和人工用途。由于天然沸石雜質(zhì)含量多,且空洞尺寸大小不一等問(wèn)題,致使其分子篩的性能受限而難以實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。因此,在實(shí)際生產(chǎn)生活中,應(yīng)用最廣的是人工合成的沸石分子篩。沸石分子篩化學(xué)通式為:M盡管經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的人工合成工藝的探索和發(fā)展,并且也取得了一定程度的進(jìn)步,合成沸石分子篩時(shí)仍然存在成本昂貴、原料利用率低等問(wèn)題,導(dǎo)致其大規(guī)模生產(chǎn)受限,且在合成后由于性能不佳而不能大規(guī)模投入使用等諸多問(wèn)題天然沸石的發(fā)現(xiàn)和研究始于18世紀(jì)中葉可見(jiàn),沸石分子篩的合成經(jīng)歷了由低、中硅鋁比到高硅鋁比,籠狀孔道結(jié)構(gòu)為主到高硅三維交叉直通道,硅鋁骨架到非硅鋁骨架的磷酸鋁系列分子篩的發(fā)展歷程。近年來(lái),隨著無(wú)機(jī)微孔材料的迅猛發(fā)展,對(duì)沸石分子篩的研究不再局限于單一化的合成,對(duì)沸石分子篩和沸石分子篩膜進(jìn)行表面改性,尤其是對(duì)介孔分子篩的合成和改性研究是當(dāng)今研究的重點(diǎn)課題2主要合成方法起初制備沸石分子篩的方法是模擬天然泡沸石形成的地球化學(xué)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)長(zhǎng)期的探索后,國(guó)內(nèi)外研究者們?cè)趥鹘y(tǒng)的方法上不斷地進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新,目前沸石分子篩的合成主要包括:水熱合成法、溶劑熱合成法、氣相轉(zhuǎn)移法、干法轉(zhuǎn)換法、(無(wú)溶劑)干粉體系合成法、組合化學(xué)水熱法、離子熱合成法和微波輻射合成法等方法。2.1沸石的制備水熱合成技術(shù)是合成沸石的基本途徑。水熱合成法是將堿(NaOH、KOH等)、氧化鋁、氧化硅和水按一定比例充分混合均勻,在密閉容器的熱水溶液中加熱,經(jīng)成核、生長(zhǎng)、結(jié)晶等過(guò)程形成沸石。水熱合成反應(yīng)可根據(jù)晶化溫度的不同劃分為低溫水熱合成法(25～150℃)和高溫水熱合成法(>150℃)。通常在低溫水熱合成法下合成的是低硅鋁比的沸石分子篩,而在高溫水熱合成法下合成的是高硅鋁比的分子篩。作為最傳統(tǒng)的合成沸石分子篩的方法,水熱合成法至今在國(guó)內(nèi)外仍被廣泛應(yīng)用2.2溶劑熱合成法溶劑熱合成法是采用非水溶劑代替水作為分散劑合成沸石的方法。1985年,Bibby等2.3相府轉(zhuǎn)移法氣相轉(zhuǎn)移法是1990年Xu等2.4無(wú)定型凝膠法干法轉(zhuǎn)換法是由氣相合成法衍生出的一種制備沸石分子篩的方法。該合成是將結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑均勻混合在無(wú)定型凝膠中,以水為液相溶劑合成沸石。與氣相合成法的區(qū)別在于,干法轉(zhuǎn)換法將導(dǎo)向劑混合在固相反應(yīng)物中而非液相水溶劑中,并且是采用季銨堿、季銨鹽等非揮發(fā)性物質(zhì)作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑而非乙二胺、三乙胺等揮發(fā)性物質(zhì)。用此法已成功合成了絲光沸石、ZSM-5等多種類型的沸石分子篩2.5無(wú)溶劑干式干燥劑1997年,竇濤等2.6綜合物理水熱法組合化學(xué)水熱法是以傳統(tǒng)水熱合成法為基礎(chǔ),利用組合化學(xué)的思想制備沸石分子篩的一種新方法,20世紀(jì)90年代末,由Akporiaye等2.7離子熱合成法20世紀(jì)初,Cooper2.8波輻射合成法首次將微波技術(shù)引入合成沸石是在1988年,Chu等3沸石分子篩的作用機(jī)理沸石分子篩的應(yīng)用經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。沸石最初的應(yīng)用是作為吸水劑,用于干燥氣體、固體。經(jīng)過(guò)多年的探索與研究,20世紀(jì)初,在發(fā)現(xiàn)具有離子交換性能后,沸石分子篩作為凈水劑凈化工業(yè)廢水,作為吸附劑吸附工業(yè)廢氣,逐漸在吸附分離、離子交換等領(lǐng)域發(fā)揮作用。20世紀(jì)中期,隨著沸石分子篩催化性能的發(fā)現(xiàn),對(duì)沸石分子篩的應(yīng)用邁向了一個(gè)新的階段3.1生物領(lǐng)域的應(yīng)用沸石分子篩具有生物活性、生物穩(wěn)定性和良好的生物相容性3.2環(huán)保方面的應(yīng)用作為一種環(huán)境協(xié)調(diào)型材料,沸石分子篩的多孔特性、高吸附容量、離子交換性、催化性能等決定了其在環(huán)境保護(hù)方面廣泛的應(yīng)用。主要包括大氣治理(吸附廢氣中的碳?xì)浠衔?、CO、H3.2.1沸石在大氣治理中的應(yīng)用進(jìn)展在過(guò)去的幾十年里,沸石分子篩作為催化劑和催化載體廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)和化學(xué)生產(chǎn)。近年來(lái),沸石分子篩用作環(huán)境催化劑的研究有很大進(jìn)展,包括治理大氣污染,采用綠色化學(xué)原理進(jìn)行環(huán)境友好的化學(xué)合成和化學(xué)品制造,生產(chǎn)生物可再生能源以及水污染修復(fù)等領(lǐng)域沸石分子篩作為一種多孔材料,可以借助其孔道在其中進(jìn)行催化輔助分解,有效降低污染在大氣治理方面,沸石在分解和擇形催化還原氮氧化物方面的應(yīng)用一直是熱點(diǎn)。高溫燃燒過(guò)程產(chǎn)生的氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)不僅會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題,還對(duì)人體健康有害。3.2.2沸石分子篩的吸附法沸石分子篩作為環(huán)境吸附劑的應(yīng)用主要有吸附大氣、污水、土壤中的重金屬離子和有毒物質(zhì)等沸石分子篩是將小分子物理吸附到其微孔中的理想選擇,但由于其吸附容量低且吸附動(dòng)力學(xué)相對(duì)緩慢而在許多吸附應(yīng)用中受到限制4沸石材料在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用問(wèn)題沸石分子篩由于其自身特殊的結(jié)構(gòu)性能,在石油化工、環(huán)保、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用,具有廣闊的研究空間應(yīng)用前景。近年來(lái)關(guān)于沸石分子篩材料以及沸石分子篩膜材料的研究已經(jīng)取得較大進(jìn)展,并且也被應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中。但從根本上,不論是從制備方法還是應(yīng)用范圍來(lái)講,并沒(méi)有特別大的突破。在生產(chǎn)中大量合成沸石時(shí),仍然是以最傳統(tǒng)的水熱合成法為