沸石分子筛的应用

沸石分子筛的应用

1合成沸石的过程沸腾石是含有水的硅酸盐酸盐的含水支柱。它可分为自然和人工用途。由于天然沸石杂质含量多,且空洞尺寸大小不一等问题,致使其分子筛的性能受限而难以实现实际应用。因此,在实际生产生活中,应用最广的是人工合成的沸石分子筛。沸石分子筛化学通式为:M尽管经历了漫长的人工合成工艺的探索和发展,并且也取得了一定程度的进步,合成沸石分子筛时仍然存在成本昂贵、原料利用率低等问题,导致其大规模生产受限,且在合成后由于性能不佳而不能大规模投入使用等诸多问题天然沸石的发现和研究始于18世纪中叶可见,沸石分子筛的合成经历了由低、中硅铝比到高硅铝比,笼状孔道结构为主到高硅三维交叉直通道,硅铝骨架到非硅铝骨架的磷酸铝系列分子筛的发展历程。近年来,随着无机微孔材料的迅猛发展,对沸石分子筛的研究不再局限于单一化的合成,对沸石分子筛和沸石分子筛膜进行表面改性,尤其是对介孔分子筛的合成和改性研究是当今研究的重点课题2主要合成方法起初制备沸石分子筛的方法是模拟天然泡沸石形成的地球化学过程来实现的。经长期的探索后,国内外研究者们在传统的方法上不断地进行改进创新,目前沸石分子筛的合成主要包括:水热合成法、溶剂热合成法、气相转移法、干法转换法、(无溶剂)干粉体系合成法、组合化学水热法、离子热合成法和微波辐射合成法等方法。2.1沸石的制备水热合成技术是合成沸石的基本途径。水热合成法是将碱(NaOH、KOH等)、氧化铝、氧化硅和水按一定比例充分混合均匀,在密闭容器的热水溶液中加热,经成核、生长、结晶等过程形成沸石。水热合成反应可根据晶化温度的不同划分为低温水热合成法(25～150℃)和高温水热合成法(>150℃)。通常在低温水热合成法下合成的是低硅铝比的沸石分子筛,而在高温水热合成法下合成的是高硅铝比的分子筛。作为最传统的合成沸石分子筛的方法,水热合成法至今在国内外仍被广泛应用2.2溶剂热合成法溶剂热合成法是采用非水溶剂代替水作为分散剂合成沸石的方法。1985年,Bibby等2.3相府转移法气相转移法是1990年Xu等2.4无定型凝胶法干法转换法是由气相合成法衍生出的一种制备沸石分子筛的方法。该合成是将结构导向剂均匀混合在无定型凝胶中,以水为液相溶剂合成沸石。与气相合成法的区别在于,干法转换法将导向剂混合在固相反应物中而非液相水溶剂中,并且是采用季铵碱、季铵盐等非挥发性物质作为结构导向剂而非乙二胺、三乙胺等挥发性物质。用此法已成功合成了丝光沸石、ZSM-5等多种类型的沸石分子筛2.5无溶剂干式干燥剂1997年,窦涛等2.6综合物理水热法组合化学水热法是以传统水热合成法为基础,利用组合化学的思想制备沸石分子筛的一种新方法,20世纪90年代末,由Akporiaye等2.7离子热合成法20世纪初,Cooper2.8波辐射合成法首次将微波技术引入合成沸石是在1988年,Chu等3沸石分子筛的作用机理沸石分子筛的应用经历了漫长的发展过程。沸石最初的应用是作为吸水剂,用于干燥气体、固体。经过多年的探索与研究,20世纪初,在发现具有离子交换性能后,沸石分子筛作为净水剂净化工业废水,作为吸附剂吸附工业废气,逐渐在吸附分离、离子交换等领域发挥作用。20世纪中期,随着沸石分子筛催化性能的发现,对沸石分子筛的应用迈向了一个新的阶段3.1生物领域的应用沸石分子筛具有生物活性、生物稳定性和良好的生物相容性3.2环保方面的应用作为一种环境协调型材料,沸石分子筛的多孔特性、高吸附容量、离子交换性、催化性能等决定了其在环境保护方面广泛的应用。主要包括大气治理(吸附废气中的碳氢化合物、CO、H3.2.1沸石在大气治理中的应用进展在过去的几十年里,沸石分子筛作为催化剂和催化载体广泛应用于石油工业和化学生产。近年来,沸石分子筛用作环境催化剂的研究有很大进展,包括治理大气污染,采用绿色化学原理进行环境友好的化学合成和化学品制造,生产生物可再生能源以及水污染修复等领域沸石分子筛作为一种多孔材料,可以借助其孔道在其中进行催化辅助分解,有效降低污染在大气治理方面,沸石在分解和择形催化还原氮氧化物方面的应用一直是热点。高温燃烧过程产生的氮氧化物和挥发性有机化合物(VOC)不仅会引起严重的环境污染问题,还对人体健康有害。3.2.2沸石分子筛的吸附法沸石分子筛作为环境吸附剂的应用主要有吸附大气、污水、土壤中的重金属离子和有毒物质等沸石分子筛是将小分子物理吸附到其微孔中的理想选择,但由于其吸附容量低且吸附动力学相对缓慢而在许多吸附应用中受到限制4沸石材料在生产生活中的应用问题沸石分子筛由于其自身特殊的结构性能,在石油化工、环保、生命科学、医学等领域中发挥着重要作用,具有广阔的研究空间应用前景。近年来关于沸石分子筛材料以及沸石分子筛膜材料的研究已经取得较大进展,并且也被应用到实际生产生活中。但从根本上,不论是从制备方法还是应用范围来讲,并没有特别大的突破。在生产中大量合成沸石时,仍然是以最传统的水热合成法为