1、沸石與新型分子篩材料,1. 引言, 分子篩 Molecular sieve 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(dāng) 的一類(lèi)物質(zhì) 特點(diǎn)：具有篩分大小不同的流體分子的能力 沸石 Zeolite 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： M x/n (AlO2) x (SiO2) y H2O 特點(diǎn)： 篩分性能 吸附性能 離子交換性能,Fig. Pore size distribution of six materials by BJH method,1756年瑞典礦物學(xué)家Cronstedt發(fā)現(xiàn)天然硅鋁酸鹽礦物 1840年Damour首先注意到沸石晶體具有可逆的吸脫水作用

2、1858年Eichhorn發(fā)現(xiàn)天然沸石與土壤一樣有離子交換性質(zhì) 1862年St. Claire-Deville首次用水熱方法合成了插晶菱沸石 1930年Taylor和Pauling用X射線方法測(cè)定了第一個(gè)沸石晶體結(jié)構(gòu) 1932年McBain最早提出了“分子篩”這個(gè)專(zhuān)用名詞 20世紀(jì)3040年代英國(guó)科學(xué)家Barrer在沸石的吸附和水熱合成方面進(jìn)行 了大量引人注目的開(kāi)創(chuàng)性研究，對(duì)已知的沸石按其對(duì)不同尺寸分子 分能力進(jìn)行了系統(tǒng)的分類(lèi) 1948年Barrer首次報(bào)道了天然絲光沸石的人工合成 19491954年間Milton和Breck研制了一系列有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的沸石，稱(chēng) 之為L(zhǎng)inde A，X和Y型沸

3、石, 沸石分子篩的發(fā)展歷史,1959年UCC公司首次推出名為Isosiv的正異構(gòu)烷烴分離工藝 1962年Mobil Oil公司將合成X型沸石用于制造催化裂化催化劑 19671969年Mobil Oil公司發(fā)明了制備高硅和ZSM-5沸石的方法 1982年Wilson等報(bào)道了AlPO4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 1983年Taramasso成功合成了鈦硅分子篩，稱(chēng)為T(mén)S-1 1988年Davis成功合成了具有十八元環(huán)的VIP-5分子篩 20世紀(jì)90年代Estermann和徐如人分別報(bào)道了兩種新的具有二十元環(huán)的 超大孔Cl

4、overite和JDF-20分子篩 1992年Kresge用表面活性劑合成了一系列全新的MCM介孔分子篩,第一代分子篩：Si/Al10 A型 X型 Y型 L型 型 絲光沸石 毛沸石 特點(diǎn)：低、中硅鋁比，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 ZSM 系列為代表 意義：獨(dú)特的孔徑和孔道，異常顯著的擇形效果， 使有機(jī)反應(yīng)的分子工程設(shè)計(jì)成為可能 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(jià)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(shí)，只要條件合適，其它 非硅鋁元素也可以形成具有類(lèi)似硅鋁分子篩的結(jié)構(gòu),Table: The classificati

5、on and designation for the zeolites, 沸石分子篩的分類(lèi)及代號(hào),Table: Common, trade and patented names of materials associated with the MFI topology,傳統(tǒng)領(lǐng)域： (a) 吸附材料：用于工業(yè)與環(huán)境上的分離、凈化和干燥 (b) 催化材料：用于石油加工、石油化工、煤化工、精細(xì)化工 (c) 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 在高新技術(shù)和先進(jìn)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(kāi)關(guān)、傳感器、 光儲(chǔ)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-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 (d) 細(xì)胞/DNA的分離以用于構(gòu)建生物微芯片 (e) 用于新型儲(chǔ)能材料 (f) 制備導(dǎo)電高分子材料 (g) 微反應(yīng)器, 用途和市場(chǎng),Table: The global consumption of the major zeolites a